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JP2005156592A - Illumination optical device, exposure device and exposure method - Google Patents

Illumination optical device, exposure device and exposure method Download PDF

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JP2005156592A JP2003390672A JP2003390672A JP2005156592A JP 2005156592 A JP2005156592 A JP 2005156592A JP 2003390672 A JP2003390672 A JP 2003390672A JP 2003390672 A JP2003390672 A JP 2003390672A JP 2005156592 A JP2005156592 A JP 2005156592A
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修 谷津
Hisashi Nishinaga
壽 西永
Taketo Kudo
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize suitable illumination conditions required for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, for instance, illumination conditions having a variety as to the light intensity distribution of a secondary light source, a polarization state and so on. <P>SOLUTION: An illuminating optical device for illuminating a surface (M) to be irradiated is provided with illumination pupil forming means (3, 4, 7, 8) for forming illumination pupil distribution having light intensity distribution located in a center area including an optical axis (AX) and light intensity distribution located in a plurality of peripheral areas separated from the optical axis (AX), with intervals on the pupil surface of the illuminating optical device or its vicinity and area changing means (6: 6a, 6b) for changing the positions and the sizes of the light intensity distribution located in the plurality of peripheral areas, independently of the light intensity distribution located at the center area. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に関する。   The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to an exposure apparatus for manufacturing a microdevice such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process.

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ(またはマイクロレンズアレイ)を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源(一般には照明瞳面における所定の光強度分布)を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。   In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from a light source passes through a fly-eye lens (or microlens array) as an optical integrator, and a secondary light source as a substantial surface light source composed of a number of light sources. A light source (generally a predetermined light intensity distribution on the illumination pupil plane) is formed. The light beam from the secondary light source is limited through an aperture stop disposed in the vicinity of the rear focal plane of the fly-eye lens, and then enters the condenser lens.

コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光(転写)される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。   The light beam condensed by the condenser lens illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.

そこで、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ(σ値=開口絞り径/投影光学系の瞳径、あるいはσ値=照明光学系の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や4極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。   Therefore, a circular secondary light source is formed on the rear focal plane of the fly-eye lens, and the size thereof is changed to change the illumination coherency σ (σ value = aperture aperture diameter / projection optical system pupil diameter, or σ Attention has been focused on a technique of changing the value = the exit numerical aperture of the illumination optical system / the incident numerical aperture of the projection optical system. Further, attention has been focused on a technique for forming an annular or quadrupolar secondary light source on the rear focal plane of the fly-eye lens to improve the depth of focus and resolution of the projection optical system.

上述のような従来の露光装置では、マスクのパターン特性に応じて、円形状の二次光源に基づく通常の円形照明を行ったり、輪帯状や4極状の二次光源に基づく変形照明(輪帯照明や4極照明)を行ったりしている。しかしながら、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の光強度分布や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができなかった。   In the conventional exposure apparatus as described above, normal circular illumination based on a circular secondary light source is performed according to the pattern characteristics of the mask, or modified illumination based on a ring-shaped or quadrupolar secondary light source (ring Band lighting and quadrupole lighting). However, appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, for example, illumination conditions rich in diversity regarding the light intensity distribution and polarization state of the secondary light source cannot be realized. It was.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば露光装置に搭載された場合に、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の光強度分布や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、たとえば様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することのできる照明光学装置を用いて、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, when mounted on an exposure apparatus, an appropriate illumination condition necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, such as a secondary illumination. It is an object of the present invention to provide an illumination optical device that can realize a wide variety of illumination conditions regarding the light intensity distribution and polarization state of a light source. Further, the present invention has been realized according to the pattern characteristics of the mask, using an illumination optical device that can realize appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, for example. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of performing good exposure under appropriate illumination conditions.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、光軸を含む中心領域に位置する光強度分布と前記光軸から間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記複数の周辺領域に位置する光強度分布の位置および大きさを前記中心領域に位置する光強度分布とは独立して変更するための領域変更手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
An illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in a central region including an optical axis and a light intensity distribution located in a plurality of peripheral regions spaced from the optical axis on or near the pupil plane of the illumination optical device. Illumination pupil forming means for forming;
Illumination optics comprising: area changing means for changing the position and size of the light intensity distribution located in the plurality of peripheral areas independently of the light intensity distribution located in the central area. Providing equipment.

第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域に対応する中心光束と前記複数の周辺領域にそれぞれ対応する複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段に入射させるための光束変換素子を有する。また、前記領域変更手段は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとを有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成され、前記屈折面は、前記光軸とほぼ直交する平面状の中央部を有することが好ましい。   According to a preferred aspect of the first aspect, the illumination pupil forming means converts the incident light beam into a central light beam corresponding to the central region and a plurality of peripheral light beams respectively corresponding to the plurality of peripheral regions. A light beam conversion element for entering the changing means is provided. The region changing means includes a first prism having a refracting surface having a concave cross section, and a second prism having a refracting surface having a convex cross section formed substantially complementary to the refractive surface of the concave section of the first prism. Preferably, the distance between the first prism and the second prism is variably configured, and the refracting surface has a flat central portion substantially orthogonal to the optical axis.

この場合、前記屈折面は、前記中央部と、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部とを有することが好ましい。また、この場合、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする1つの円錐体の側面に対応する1つの周辺円錐部を有することが好ましい。あるいは、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする第1円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部と、前記光軸を中心とし且つ前記第1円錐体よりも小さな頂角を有する第2円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部とを有することが好ましい。また、第1形態では、前記領域変更手段は、交換可能な前記第1プリズムと前記第2プリズムとの組を複数個有し、各組毎に前記中央部の面積が異なることが好ましい。   In this case, it is preferable that the refracting surface has the central portion and a peripheral conical portion corresponding to a side surface of the conical body centered on the optical axis. In this case, it is preferable that the peripheral cone portion has one peripheral cone portion corresponding to a side surface of the single cone centered on the optical axis. Alternatively, the peripheral cone portion has an inner peripheral cone portion corresponding to a side surface of the first cone centered on the optical axis, and a first apex angle centered on the optical axis and smaller than that of the first cone body. It is preferable to have an outer peripheral cone corresponding to the side of the two cones. In the first embodiment, it is preferable that the region changing means has a plurality of replaceable pairs of the first prism and the second prism, and the area of the central portion is different for each set.

本発明の第2形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第1領域を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、前記第2領域を通過する光束を偏光状態に設定するための偏光設定手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the second embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region and a light intensity distribution located in the second region on or near the pupil plane of the illumination optical device;
An illumination optical apparatus comprising: a polarization setting unit configured to set a light beam passing through the first region to a non-polarized state and set a light beam passing through the second region to a polarization state. provide.

第2形態の好ましい態様によれば、前記第1領域は、光軸を含む中心領域を有し、前記第2領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有する。この場合、前記第2領域は、第1方向に沿って前記光軸に関してほぼ対称に配置された2つの周辺領域を有し、前記偏光設定手段は、前記2つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することが好ましい。あるいは、前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの周辺領域を有し、前記偏光設定手段は、前記4つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向または前記第2方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することが好ましい。   According to a preferred aspect of the second aspect, the first region has a central region including an optical axis, and the second region has a peripheral region spaced from the optical axis. In this case, the second region has two peripheral regions arranged substantially symmetrically with respect to the optical axis along the first direction, and the polarization setting means is configured to polarize a light beam passing through the two peripheral regions. It is preferable to set the state to a linearly polarized state having a polarization plane in a direction substantially orthogonal to the first direction. Alternatively, the second region is arranged in four positions arranged at the vertices of each rectangular quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. Preferably, the polarization setting means sets a polarization state of a light beam passing through the four peripheral regions to a linear polarization state having a polarization plane in the first direction or the second direction.

あるいは、第2形態では、前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの周辺領域を有し、前記偏光設定手段は、前記4つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向または前記第2方向とほぼ45度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することが好ましい。この場合、前記偏光設定手段は、前記4つの周辺領域のうち、前記光軸を挟んで対向する一方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ45度の角度をなす第3方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記光軸を挟んで対向する他方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ45度の角度をなし且つ前記第3方向とほぼ直交する第4方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することが好ましい。   Alternatively, in the second mode, the second region is located at the position of each vertex of a rectangular quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. The polarization setting means has a polarization state of a light beam passing through the four peripheral areas in a direction that forms an angle of approximately 45 degrees with the first direction or the second direction. It is preferable to set a linear polarization state having a polarization plane. In this case, the polarization setting means sets the polarization state of the light beam passing through one pair of peripheral regions facing each other across the optical axis among the four peripheral regions at an angle of approximately 45 degrees with the first direction. Is set to a linear polarization state having a polarization plane in the third direction, and the polarization state of the light beam passing through the other pair of peripheral regions facing each other across the optical axis is approximately 45 degrees with respect to the first direction. It is preferable to set the linear polarization state having an angle and a polarization plane in a fourth direction substantially orthogonal to the third direction.

あるいは、第2形態では、前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の第1四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの内側周辺領域と、前記第1方向に沿った辺と前記第2方向に沿った辺とを有し且つ前記第1四角形を包囲する矩形状の第2四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの外側周辺領域とを有し、前記偏光設定手段は、前記4つの内側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向または前記第2方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記4つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第2方向または前記第1方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することが好ましい。   Alternatively, in the second form, the second region is a vertex of each rectangular first quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. Each of a rectangular second quadrangle having four inner peripheral regions arranged at positions, a side along the first direction and a side along the second direction, and surrounding the first quadrangle Four outer peripheral regions arranged at the positions of the vertices, and the polarization setting means is configured to change the polarization state of the light beam passing through the four inner peripheral regions in the first direction or the second direction. It is preferable to set the polarization state of the light beam passing through the four outer peripheral regions to the linear polarization state having a polarization plane in the second direction or the first direction.

あるいは、第2形態では、前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の第1四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの内側周辺領域と、前記第1方向に沿った辺と前記第2方向に沿った辺とを有し且つ前記第1四角形を包囲する矩形状の第2四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの外側周辺領域とを有し、前記偏光設定手段は、前記4つの内側周辺領域および前記4つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ45度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することが好ましい。   Alternatively, in the second form, the second region is a vertex of each rectangular first quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. Each of a rectangular second quadrangle having four inner peripheral regions arranged at positions, a side along the first direction and a side along the second direction, and surrounding the first quadrangle Four outer peripheral regions arranged at the positions of the vertices, and the polarization setting means sets the polarization state of the light beam passing through the four inner peripheral regions and the four outer peripheral regions to the first direction. It is preferable to set a linear polarization state having a polarization plane in a direction that forms an angle of approximately 45 degrees.

また、第2形態の好ましい態様によれば、前記偏光設定手段は、前記第1領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有する。また、前記偏光設定手段は、前記第2領域ヘ向かう直線偏光の光束の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を有することが好ましい。また、前記偏光設定手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第2位相部材をさらに有することが好ましい。また、複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることが好ましい。この場合、前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域ヘそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段へ入射させるための光束変換素子を有することが好ましい。   Further, according to a preferred aspect of the second mode, the polarization setting means has a depolarizing element for depolarizing the linearly polarized light beam traveling toward the first region as necessary. The polarization setting means preferably has a phase member for changing the polarization plane of the linearly polarized light beam traveling toward the second region as necessary. The polarization setting means preferably further includes a second phase member for changing the incident elliptically polarized light into linearly polarized light having a polarization plane in a predetermined direction. Moreover, it is preferable to further comprise area changing means for changing the positions and sizes of the plurality of peripheral areas independently of the central area. In this case, the illumination pupil forming means converts the incident light flux into a central light flux directed to the central area and a plurality of peripheral light fluxes directed to the plurality of peripheral areas, and enters the area changing means. It is preferable to have an element.

また、第2形態の好ましい態様によれば、前記領域変更手段は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとを有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成され、前記屈折面は、前記光軸とほぼ直交する平面状の中央部を有する。この場合、前記屈折面は、前記中央部と、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部とを有することが好ましい。また、この場合、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする1つの円錐体の側面に対応する1つの周辺円錐部を有することが好ましい。あるいは、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする第1円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部と、前記光軸を中心とし且つ前記第1円錐体よりも小さな頂角を有する第2円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部とを有することが好ましい。また、前記領域変更手段は、交換可能な前記第1プリズムと前記第2プリズムとの組を複数個有し、各組毎に前記中央部の面積が異なることが好ましい。   Further, according to a preferred aspect of the second embodiment, the region changing means includes a first prism having a refracting surface having a concave cross section, and a convex formed substantially complementary to the refracting surface having the concave cross section of the first prism. A second prism having a refracting surface having a cross-section, the interval between the first prism and the second prism being variably configured, and the refracting surface being a flat central portion substantially orthogonal to the optical axis Have In this case, it is preferable that the refracting surface has the central portion and a peripheral conical portion corresponding to a side surface of the conical body centered on the optical axis. In this case, it is preferable that the peripheral cone portion has one peripheral cone portion corresponding to a side surface of the single cone centered on the optical axis. Alternatively, the peripheral cone portion has an inner peripheral cone portion corresponding to a side surface of the first cone centered on the optical axis, and a first apex angle centered on the optical axis and smaller than that of the first cone body. It is preferable to have an outer peripheral cone corresponding to the side of the two cones. Further, it is preferable that the area changing unit has a plurality of exchangeable pairs of the first prism and the second prism, and the area of the central portion is different for each set.

本発明の第3形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第2領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1領域を通過する光束の偏光状態とは独立に変更するための偏光状態変更手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the third embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region and a light intensity distribution located in the second region on or near the pupil plane of the illumination optical device;
An illumination optical apparatus comprising: a polarization state changing unit for changing a polarization state of the light beam passing through the second region independently of a polarization state of the light beam passing through the first region. provide.

第3形態の好ましい態様によれば、前記第1領域は、光軸を含む中心領域を有し、前記第2領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有する。また、前記偏光状態変更手段は、前記第1領域を通過する光束の状態を非偏光状態と直線偏光状態との間で変更することが好ましい。また、前記偏光状態変更手段は、前記第2領域を通過する光束の状態を互いに異なる方向に偏光面を有する2つの直線偏光状態の間で変更することが好ましい。また、前記偏光状態変更手段は、前記第1領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有することが好ましい。この場合、前記偏光解消素子は、光路に対して挿脱可能に構成されていることが好ましい。   According to a preferred aspect of the third aspect, the first region has a central region including an optical axis, and the second region has a peripheral region spaced from the optical axis. Further, it is preferable that the polarization state changing unit changes the state of the light beam passing through the first region between a non-polarized state and a linearly polarized state. The polarization state changing unit preferably changes the state of the light beam passing through the second region between two linear polarization states having polarization planes in different directions. Moreover, it is preferable that the polarization state changing unit has a depolarizing element for depolarizing the linearly polarized light beam traveling toward the first region as necessary. In this case, it is preferable that the depolarizing element is configured to be removable from the optical path.

また、第3形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態変更手段は、前記第2領域ヘ向かう直線偏光の光束の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を有する。また、前記偏光状態変更手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第2位相部材をさらに有することが好ましい。また、複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることが好ましい。この場合、前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域へそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段に入射させるための光束変換素子を有することが好ましい。   Further, according to a preferred aspect of the third mode, the polarization state changing means has a phase member for changing the polarization plane of the linearly polarized light beam toward the second region as necessary. Preferably, the polarization state changing means further includes a second phase member for changing the incident elliptically polarized light into linearly polarized light having a polarization plane in a predetermined direction. Moreover, it is preferable to further comprise area changing means for changing the positions and sizes of the plurality of peripheral areas independently of the central area. In this case, the illumination pupil forming means converts the incident light beam into a central light beam directed to the central region and a plurality of peripheral light beams directed to the plurality of peripheral regions, and enters the region changing device. It is preferable to have an element.

また、第3形態の好ましい態様によれば、前記領域変更手段は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとを有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成され、前記屈折面は、前記光軸とほぼ直交する平面状の中央部を有する。この場合、前記屈折面は、前記中央部と、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部とを有することが好ましい。また、この場合、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする1つの円錐体の側面に対応する1つの周辺円錐部を有することが好ましい。あるいは、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする第1円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部と、前記光軸を中心とし且つ前記第1円錐体よりも小さな頂角を有する第2円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部とを有することが好ましい。また、前記領域変更手段は、交換可能な前記第1プリズムと前記第2プリズムとの組を複数個有し、各組毎に前記中央部の面積が異なることが好ましい。   Further, according to a preferred aspect of the third aspect, the region changing means includes a first prism having a refracting surface having a concave cross section, and a convex formed substantially complementary to the refracting surface having the concave cross section of the first prism. A second prism having a refracting surface having a cross-section, the interval between the first prism and the second prism being variably configured, and the refracting surface being a flat central portion substantially orthogonal to the optical axis Have In this case, it is preferable that the refracting surface has the central portion and a peripheral conical portion corresponding to a side surface of the conical body centered on the optical axis. In this case, it is preferable that the peripheral cone portion has one peripheral cone portion corresponding to a side surface of the single cone centered on the optical axis. Alternatively, the peripheral cone portion has an inner peripheral cone portion corresponding to a side surface of the first cone centered on the optical axis, and a first apex angle centered on the optical axis and smaller than that of the first cone body. It is preferable to have an outer peripheral cone corresponding to the side of the two cones. Further, it is preferable that the area changing unit has a plurality of exchangeable pairs of the first prism and the second prism, and the area of the central portion is different for each set.

本発明の第4形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、光軸をほぼ中心とする輪帯状の領域に位置する光強度分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、
前記輪帯状の領域は、前記光軸をほぼ中心とする円の周方向に沿って複数の領域を有し、
前記輪帯状の領域の前記複数の領域をそれぞれ通過する複数の光束の偏光状態を、前記複数の領域の各々のほぼ中心において前記円にほぼ接する方向に沿った偏光面を有する直線偏光状態に設定する偏光設定手段をさらに備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the fourth aspect of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
Illumination pupil forming means for forming a light intensity distribution located in a ring-shaped region having the optical axis substantially in the center on or near the pupil plane of the illumination optical device,
The ring-shaped region has a plurality of regions along a circumferential direction of a circle substantially centered on the optical axis,
The polarization state of a plurality of light fluxes passing through each of the plurality of regions of the annular zone is set to a linear polarization state having a polarization plane along a direction substantially in contact with the circle at substantially the center of each of the plurality of regions. An illumination optical device is provided, further comprising a polarization setting unit.

第4形態の好ましい態様によれば、前記偏光設定手段は、前記複数の領域に対応するように配置された複数の位相部材を有し、各位相部材は入射する直線偏光の光の偏光面を必要に応じて変化させる。   According to a preferred aspect of the fourth aspect, the polarization setting means has a plurality of phase members arranged to correspond to the plurality of regions, and each phase member has a polarization plane of incident linearly polarized light. Change as needed.

本発明の第5形態では、マスクを照明するための第1形態〜第4形態の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることが好ましい。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to the first to fourth aspects for illuminating a mask, and exposing the pattern of the mask onto a photosensitive substrate. . In this case, the image forming apparatus further includes a projection optical system for forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate, and the pupil plane of the illumination optical device is positioned substantially conjugate with the pupil position of the projection optical system. Preferably it is.

本発明の第6形態では、第1形態〜第4形態の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、
前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。この場合、前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることが好ましい。
In the sixth embodiment of the present invention, an illumination step of illuminating the mask using the illumination optical devices of the first to fourth embodiments,
And an exposure step of exposing the pattern of the mask onto a photosensitive substrate. In this case, the exposure step includes a projection step of forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate using a projection optical system, and the pupil plane of the illumination optical device is a pupil position of the projection optical system. It is preferable that it is positioned almost conjugate with.

本発明の照明光学装置では、たとえばプリズム対からなる領域変更手段の作用により、瞳面またはその近傍に形成されて光軸から間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布の位置および大きさを、光軸を含む中心領域に位置する光強度分布とは独立して変更することができる。また、たとえば1/2波長板と偏角プリズム組立体とからなる偏光設定手段の作用により、光軸を含む中心領域としての第1領域を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、光軸から間隔を隔てた1つまたは複数の周辺領域としての第2領域を通過する光束を直線偏光状態(一般には偏光状態)に設定することができる。また、たとえば1/2波長板と偏角プリズム組立体とからなる偏光状態変更手段の作用により、光軸から間隔を隔てた1つまたは複数の周辺領域としての第2領域を通過する光束の偏光状態を、光軸を含む中心領域としての第1領域を通過する光束の偏光状態とは独立に変更することができる。   In the illumination optical apparatus of the present invention, for example, the position and magnitude of the light intensity distribution formed in the pupil plane or in the vicinity thereof and located in a plurality of peripheral regions spaced from the optical axis by the action of the region changing means including a prism pair. Can be changed independently of the light intensity distribution located in the central region including the optical axis. Further, for example, the light beam passing through the first region as the central region including the optical axis is set to the non-polarized state by the action of the polarization setting means including the half-wave plate and the declination prism assembly, and the optical axis Can be set in a linearly polarized state (generally a polarization state). Further, the polarization of the light beam passing through the second region as one or a plurality of peripheral regions spaced from the optical axis by the action of the polarization state changing means comprising, for example, a half-wave plate and a declination prism assembly. The state can be changed independently of the polarization state of the light beam passing through the first region as the central region including the optical axis.

したがって、たとえば露光装置に本発明の照明光学装置を搭載した場合、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の光強度分布や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することができるので、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。   Therefore, for example, when the illumination optical apparatus of the present invention is mounted on an exposure apparatus, appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, such as the light intensity distribution and polarization state of a secondary light source, etc. A variety of lighting conditions can be realized. In addition, in the exposure apparatus and exposure method using the illumination optical apparatus of the present invention, it is possible to realize appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics. Accordingly, it is possible to perform good exposure under appropriate illumination conditions realized accordingly, and thus it is possible to manufacture a good device with high throughput.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図1において、感光性基板であるウェハWの法線方向に沿ってZ軸を、ウェハWの面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハWの面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。第1実施形態の露光装置は、露光光(照明光)を供給するための光源1を備えている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction of the wafer W, which is a photosensitive substrate, the Y axis in the direction parallel to the plane of FIG. 1 in the plane of the wafer W, and the plane of the wafer W in FIG. The X axis is set in the direction perpendicular to the paper surface. The exposure apparatus of the first embodiment includes a light source 1 for supplying exposure light (illumination light).

光源1として、たとえば248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザ光源や193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源1からZ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズからなるビームエキスパンダー2に入射する。各レンズは、図1の紙面内(YZ平面内)において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー2に入射した光束は、図1の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。   As the light source 1, for example, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248 nm, an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm, or the like can be used. A substantially parallel light beam emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section extending along the X direction and is incident on a beam expander 2 including a pair of lenses. Each lens has a negative refractive power and a positive refractive power in the plane of FIG. 1 (in the YZ plane). Accordingly, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the plane of FIG. 1 and shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.

整形光学系としてのビームエキスパンダー2を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラーでY方向に偏向された後、回折光学素子3を介して、アフォーカルレンズ(リレー光学系)4に入射する。一般に、回折光学素子は、基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子3は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に、たとえば光軸AXを中心とする円形状の光強度分布と光軸AXを中心としてZ方向に間隔を隔てた2つの円形状の光強度分布とからなる3つの円形状の光強度分布を形成する機能を有する。   A substantially parallel light beam via a beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the Y direction by a bending mirror and then enters an afocal lens (relay optical system) 4 via a diffractive optical element 3. In general, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 3 has, for example, a circular light intensity centered on the optical axis AX in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. It has a function of forming three circular light intensity distributions consisting of the distribution and two circular light intensity distributions spaced in the Z direction with the optical axis AX as the center.

一方、アフォーカルレンズ4は、その前側焦点位置と回折光学素子3の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面5の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系(無焦点光学系)である。したがって、回折光学素子3に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ4の瞳面に3つの円形状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ4から射出される。なお、アフォーカルレンズ4の前側レンズ群4aと後側レンズ群4bとの間の光路中において瞳またはその近傍には、アキシコン系としてのプリズム対6が配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。   On the other hand, the afocal lens 4 is set so that the front focal position thereof and the position of the diffractive optical element 3 substantially coincide with each other, and the rear focal position thereof substantially coincides with the position of the predetermined surface 5 indicated by a broken line in the drawing. It is an afocal system (afocal optical system). Therefore, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 3 forms three circular light intensity distributions on the pupil plane of the afocal lens 4 and then exits from the afocal lens 4 as a substantially parallel light beam. In addition, in the optical path between the front lens group 4a and the rear lens group 4b of the afocal lens 4, a prism pair 6 as an axicon system is disposed at or near the pupil. The operation will be described later.

回折光学素子3は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。同様に、プリズム対6は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、構成および作用の異なる他のプリズム対と交換可能に構成されている。以下、説明を簡単にするために、プリズム対6の作用を無視して、第1実施形態の基本的な構成および作用を説明する。アフォーカルレンズ4を介した光束は、ズームレンズ(変倍光学系)7を介して、マイクロレンズアレイ8に入射する。   The diffractive optical element 3 is configured to be detachable with respect to the illumination optical path, and is configured to be exchangeable with another diffractive optical element that forms a different light intensity distribution in the far field. Similarly, the prism pair 6 is configured to be detachable with respect to the illumination optical path, and is configured to be exchangeable with other prism pairs having different configurations and functions. Hereinafter, in order to simplify the description, the basic configuration and operation of the first embodiment will be described ignoring the operation of the prism pair 6. The light beam that has passed through the afocal lens 4 enters a microlens array 8 through a zoom lens (variable magnification optical system) 7.

ここで、所定面6の位置はズームレンズ7の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロレンズアレイ8の入射面はズームレンズ7の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ7は、所定面6とマイクロレンズアレイ8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ4の瞳面とマイクロレンズアレイ8の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロレンズアレイ8の入射面上には、アフォーカルレンズ4の瞳面と同様に、光軸AXを中心とする円形状の照野と光軸AXを中心としてZ方向に間隔を隔てた2つの円形状の照野とからなる3つの円形状の照野が形成される。3つの円形状の照野の全体形状は、ズームレンズ7の焦点距離に依存して相似的に変化する。   Here, the position of the predetermined surface 6 is disposed in the vicinity of the front focal position of the zoom lens 7, and the incident surface of the microlens array 8 is disposed in the vicinity of the rear focal position of the zoom lens 7. In other words, the zoom lens 7 arranges the predetermined surface 6 and the incident surface of the microlens array 8 in a substantially Fourier-transformed relationship, so that the pupil surface of the afocal lens 4 and the incident surface of the microlens array 8 are arranged. Optically arranged in a conjugate manner. Therefore, on the incident surface of the microlens array 8, like the pupil surface of the afocal lens 4, a circular illumination field centered on the optical axis AX and an interval in the Z direction centered on the optical axis AX are spaced apart. Three circular illuminating fields composed of two circular illuminating fields are formed. The overall shape of the three circular illumination fields changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 7.

マイクロレンズアレイ8は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロレンズアレイは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロレンズアレイを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロレンズアレイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ(微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロレンズアレイはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。   The microlens array 8 is an optical element composed of a large number of microlenses having positive refracting power that are arranged vertically and horizontally and densely. In general, a microlens array is configured by forming a group of microlenses by etching a plane parallel plate, for example. Here, each microlens constituting the microlens array is smaller than each lens element constituting the fly-eye lens. Further, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, the microlens array is formed integrally with a large number of microlenses (microrefractive surfaces) without being isolated from each other. However, the microlens array is an optical integrator of the same wavefront division type as that of the fly-eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally.

マイクロレンズアレイ8を構成する各微小レンズは、マスクM上において形成すべき照野の形状(ひいてはウェハW上において形成すべき露光領域の形状)と相似な矩形状の断面を有する。マイクロレンズアレイ8に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面(ひいては照明瞳面またはその近傍)には、マイクロレンズアレイ8への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、図2(a)に示すように、光軸AXを中心とする円形状の光強度分布(実質的な面光源)30aと光軸AXを中心としてZ方向に間隔を隔てた2つの円形状の光強度分布(実質的な面光源)30bとからなるZ方向3極状の二次光源が形成される。   Each microlens constituting the microlens array 8 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask M (and thus the shape of the exposure region to be formed on the wafer W). A light beam incident on the microlens array 8 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and an illumination formed by the light beam incident on the microlens array 8 on the rear focal plane (and hence the illumination pupil plane or its vicinity). A secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the field, as shown in FIG. 2A, a circular light intensity distribution (substantially surface light source) 30a centered on the optical axis AX and the optical axis AX. As a result, a Z-direction tripolar secondary light source composed of two circular light intensity distributions (substantially surface light sources) 30b spaced apart in the Z direction is formed.

マイクロレンズアレイ8の後側焦点面に形成されたZ方向3極状の二次光源(一般的には照明光学装置の瞳面またはその近傍に形成された所定の光強度分布)からの光束は、コンデンサー光学系9を介した後、マスクブラインド10を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド10には、マイクロレンズアレイ8を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド10の矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、結像光学系11の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクMを重畳的に照明する。   A light beam from a Z-direction tripolar secondary light source (generally a predetermined light intensity distribution formed on or near the pupil plane of the illumination optical device) formed on the rear focal plane of the microlens array 8 is After passing through the condenser optical system 9, the mask blind 10 is illuminated in a superimposed manner. Thus, a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of each microlens constituting the microlens array 8 is formed on the mask blind 10 as an illumination field stop. The light flux that has passed through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 10 receives the light condensing action of the imaging optical system 11 and then illuminates the mask M on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner.

こうして、結像光学系11は、マスクブラインド10の矩形状開口部の像をマスクM上に形成することになる。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハW上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光される。   Thus, the imaging optical system 11 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 10 on the mask M. The light beam that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. Thus, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, each exposure region of the wafer W is masked. M patterns are sequentially exposed.

以上のように、回折光学素子3、アフォーカルレンズ4、ズームレンズ7およびマイクロレンズアレイ8は、照明光学装置(1〜11)の瞳面またはその近傍に、光軸AXを含む中心領域に位置する光強度分布すなわち光軸AXを中心とする円形状の面光源30aと、光軸AXから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布すなわち光軸AXを中心としてZ方向に間隔を隔てた2つの円形状の面光源30bとを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を構成している。また、回折光学素子3は、入射する光束を、光軸AXを中心とする円形状の面光源30aに対応する中心光束と、光軸AXを中心としてZ方向に間隔を隔てた2つの円形状の面光源30bにそれぞれ対応する複数の周辺光束とに変換するための光束変換素子を構成している。   As described above, the diffractive optical element 3, the afocal lens 4, the zoom lens 7, and the microlens array 8 are located in the central region including the optical axis AX on or near the pupil plane of the illumination optical device (1-11). Light intensity distribution, that is, a circular surface light source 30a centered on the optical axis AX, and light intensity distributions located in a plurality of peripheral areas spaced from the optical axis AX, that is, the optical axis AX is spaced in the Z direction. Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having two circular surface light sources 30b separated from each other is configured. In addition, the diffractive optical element 3 is configured so that an incident light beam is divided into two circular shapes with a center light beam corresponding to the circular surface light source 30a centered on the optical axis AX and an interval in the Z direction centered on the optical axis AX. A light beam conversion element for converting into a plurality of peripheral light beams respectively corresponding to the surface light source 30b is configured.

図3は、アフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置されたプリズム対の構成および動作を概略的に示す図である。プリズム対6は、図3に示すように、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹状断面の屈折面を向けた第1プリズム部材6aと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸状断面の屈折面を向けた第2プリズム部材6bとにより構成されている。そして、第1プリズム部材6aの凹状断面の屈折面と第2プリズム部材6bの凸状断面の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration and operation of a prism pair arranged in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens. As shown in FIG. 3, the prism pair 6 includes, in order from the light source side, a first prism member 6a having a flat surface facing the light source side and a refractive surface having a concave cross section facing the mask side; And a second prism member 6b having a refracting surface having a convex cross section on the side. The concave refracting surface of the first prism member 6a and the convex refracting surface of the second prism member 6b are complementarily formed so as to be in contact with each other.

さらに具体的には、第1プリズム部材6aの凹状断面の屈折面は、光軸AXと直交する平面状の中央部6cと、光軸AXを中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部6dとを有する。同様に、第2プリズム部材6bの凸状断面の屈折面は、光軸AXと直交する平面状の中央部6eと、光軸AXを中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部6fとを有する。また、第1プリズム部材6aおよび第2プリズム部材6bのうち少なくとも一方の部材が光軸AXに沿って移動可能に構成され、第1プリズム部材6aの凹状断面の屈折面と第2プリズム部材6bの凸状断面の屈折面との間隔が可変に構成されている。   More specifically, the refracting surface of the concave section of the first prism member 6a has a planar central portion 6c orthogonal to the optical axis AX and a peripheral cone portion corresponding to the side surface of the cone centered on the optical axis AX. 6d. Similarly, the refracting surface of the convex section of the second prism member 6b has a planar central portion 6e orthogonal to the optical axis AX, and a peripheral conical portion 6f corresponding to the side surface of the cone centered on the optical axis AX. Have In addition, at least one member of the first prism member 6a and the second prism member 6b is configured to be movable along the optical axis AX, and the concave surface of the first prism member 6a has a refracting surface and the second prism member 6b. The interval between the convex cross section and the refractive surface is variable.

プリズム対6では、図3に示すように、Z方向3極状の二次光源のうち光軸AXを中心とする円形状の中心面光源30aを形成する中心光束31aが、第1プリズム部材6aの中央部6cおよび第2プリズム部材6bの中央部6eを通過する。一方、Z方向3極状の二次光源のうち、光軸AXを中心としてZ方向に間隔を隔てた2つの円形状の周辺面光源30bを形成する2つの周辺光束31bは、第1プリズム部材6aの周辺円錐部6dおよび第2プリズム部材6bの周辺円錐部6fを通過する。   In the prism pair 6, as shown in FIG. 3, a central light beam 31a that forms a circular center surface light source 30a centered on the optical axis AX among the Z direction tripolar secondary light sources is a first prism member 6a. Passes through the central portion 6c and the central portion 6e of the second prism member 6b. On the other hand, of the Z direction tripolar secondary light sources, two peripheral luminous fluxes 31b forming two circular peripheral surface light sources 30b spaced apart in the Z direction with the optical axis AX as the center are the first prism member. It passes through the peripheral cone 6d of 6a and the peripheral cone 6f of the second prism member 6b.

ここで、第1プリズム部材6aの凹状屈折面と第2プリズム部材6bの凸状屈折面とが互いに当接している状態では、中心光束31aおよび2つの周辺光束31bに対してプリズム対6は平行平面板として機能し、形成されるZ方向3極状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第1プリズム部材6aの凹状屈折面と第2プリズム部材6bの凸状屈折面とを離間させると、中心光束31aに対してプリズム対6は影響を及ぼさないが、2つの周辺光束31bに対してプリズム対6はいわゆるビームエキスパンダーとして機能する。   Here, in the state where the concave refractive surface of the first prism member 6a and the convex refractive surface of the second prism member 6b are in contact with each other, the prism pair 6 is parallel to the central light beam 31a and the two peripheral light beams 31b. It functions as a flat plate and has no effect on the Z-direction tripolar secondary light source formed. However, if the concave refracting surface of the first prism member 6a and the convex refracting surface of the second prism member 6b are separated, the prism pair 6 does not affect the central light beam 31a, but the two peripheral light beams 31b are affected. On the other hand, the prism pair 6 functions as a so-called beam expander.

図4は、Z方向3極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。図4に示すように、Z方向3極状の二次光源を構成する2つの円形状の周辺面光源32bは、プリズム対6の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、光軸AXを中心とした円の径方向に沿って外方へ移動するとともに、その形状が円形状から楕円形状に変化する。すなわち、変化前の円形状の周辺面光源32bの中心点と変化後の楕円形状の周辺面光源33bの中心点とを結ぶ線分は光軸AXを通り、中心点の移動距離はプリズム対6の間隔に依存する。   FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the prism pair with respect to the Z-direction tripolar secondary light source. As shown in FIG. 4, the two circular peripheral surface light sources 32b constituting the Z-direction tripolar secondary light source expand the distance between the prism pair 6 from zero to a predetermined value, thereby increasing the optical axis AX. And moves outward along the radial direction of the circle, and the shape changes from a circular shape to an elliptical shape. That is, a line segment connecting the center point of the circular peripheral surface light source 32b before the change and the center point of the elliptical peripheral surface light source 33b after the change passes through the optical axis AX, and the movement distance of the center point is the prism pair 6. Depends on the interval.

さらに、変化前の円形状の周辺面光源32bを光軸AXから見込む角度(光軸AXから周辺面光源32bへの一対の接線がなす角度)と、変化後の楕円形状の周辺面光源33bを光軸AXから見込む角度とが等しい。そして、変化前の円形状の周辺面光源32bの直径すなわち光軸AXとして2つの周辺面光源32bに外接する円の半径と内接する円の半径との差と、光軸AXとして変化後の楕円形状の周辺面光源33bに外接する円の半径と内接する円の半径との差とが等しい。このように、円形状の周辺面光源32bはプリズム対6の間隔に依存して周方向に変化するが、径方向には変化しない。一方、Z方向3極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源32aは、プリズム対6の間隔を零から所定の値まで拡大させても影響を受けない。   Further, an angle at which the circular peripheral surface light source 32b before the change is viewed from the optical axis AX (an angle formed by a pair of tangent lines from the optical axis AX to the peripheral surface light source 32b) and an elliptical peripheral surface light source 33b after the change are displayed. The angle seen from the optical axis AX is equal. Then, the diameter of the circular peripheral surface light source 32b before the change, that is, the difference between the radius of the circle circumscribing the two peripheral surface light sources 32b as the optical axis AX and the radius of the inscribed circle, and the changed ellipse as the optical axis AX The difference between the radius of the circle circumscribing the shape peripheral surface light source 33b and the radius of the inscribed circle is equal. Thus, the circular peripheral surface light source 32b changes in the circumferential direction depending on the interval between the prism pairs 6, but does not change in the radial direction. On the other hand, the circular center plane light source 32a constituting the Z direction tripolar secondary light source is not affected even when the interval between the prism pair 6 is increased from zero to a predetermined value.

したがって、プリズム対6の間隔を零から所定の値まで拡大させると、Z方向3極状の二次光源を構成する2つの円形状の周辺面光源32bの位置および大きさが、Z方向3極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源32aとは独立して変化する。換言すれば、プリズム対6は、瞳面またはその近傍に形成されて光軸AXから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布(2つの周辺面光源32b)の位置および大きさを、瞳面またはその近傍に形成されて光軸AXを含む中心領域に位置する光強度分布(中心面光源32a)とは独立して変更するための領域変更手段を構成している。   Therefore, when the interval between the prism pair 6 is increased from zero to a predetermined value, the positions and sizes of the two circular peripheral surface light sources 32b constituting the Z-direction tripolar secondary light source are set in the Z-direction tripolar. It changes independently from the circular center surface light source 32a which constitutes a secondary light source. In other words, the prism pair 6 has the position and size of the light intensity distribution (two peripheral surface light sources 32b) formed in the pupil plane or in the vicinity thereof and positioned in a plurality of peripheral regions spaced from the optical axis AX. A region changing means for changing independently of the light intensity distribution (center surface light source 32a) located in the central region including the optical axis AX and formed in or near the pupil surface is configured.

図5は、Z方向3極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。図5に示すように、ズームレンズ7の焦点距離が変化すると、光軸AXを中心としてZ方向に間隔を隔てた2つの円形状の周辺面光源32bは、円形状を維持したまま光軸AXを中心とした円の径方向に沿って移動する。そして、変化前の周辺面光源32bの中心点と変化後の周辺面光源34bの中心点とを結ぶ線分は光軸AXを通り、中心点の移動距離および移動の向きはズームレンズ7の焦点距離の変化に依存する。   FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the zoom lens with respect to the Z direction tripolar secondary light source. As shown in FIG. 5, when the focal length of the zoom lens 7 changes, the two circular peripheral surface light sources 32b spaced apart in the Z direction with the optical axis AX as the center have the optical axis AX while maintaining the circular shape. It moves along the radial direction of the circle centered on. A line segment connecting the center point of the peripheral surface light source 32b before the change and the center point of the peripheral surface light source 34b after the change passes through the optical axis AX, and the moving distance and the moving direction of the center point are the focus of the zoom lens 7. Depends on distance change.

また、変化前の周辺面光源32bを光軸AXから見込む角度と、変化後の周辺面光源34bを光軸AXから見込む角度とが等しい。一方、ズームレンズ7の焦点距離の変化に際して、光軸AXを中心とする円形状の中心面光源32aの中心点は移動しないが、その大きさが変化する。具体的には、変化前の中心面光源32aの直径と変化後の中心面光源34aの直径との比は、変化前の周辺面光源32bの直径と変化後の周辺面光源34bの直径との比と同じである。こうして、ズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、3極状の二次光源の全体形状を相似的に変化させることができる。   The angle at which the peripheral surface light source 32b before the change is viewed from the optical axis AX is equal to the angle at which the peripheral surface light source 34b after the change is viewed from the optical axis AX. On the other hand, when the focal length of the zoom lens 7 changes, the center point of the circular center plane light source 32a centering on the optical axis AX does not move, but its size changes. Specifically, the ratio of the diameter of the central surface light source 32a before the change to the diameter of the central surface light source 34a after the change is the difference between the diameter of the peripheral surface light source 32b before the change and the diameter of the peripheral surface light source 34b after the change. It is the same as the ratio. Thus, by changing the focal length of the zoom lens 7, the overall shape of the tripolar secondary light source can be changed in a similar manner.

なお、Z方向3極照明用の回折光学素子3に代えて、X方向3極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、X方向3極照明を行うことができる。X方向3極照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸AXを中心とする円形状の光強度分布と光軸AXを中心としてX方向に間隔を隔てた2つの円形状の光強度分布とからなる3つの円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、X方向3極照明用の回折光学素子を介した光束は、図2(b)に示すように、光軸AXを中心とする円形状の光強度分布(中心面光源)30aと光軸AXを中心としてX方向に間隔を隔てた2つの円形状の光強度分布(周辺面光源)30cとからなるX方向3極状の二次光源を形成する。   Instead of the diffractive optical element 3 for Z direction tripolar illumination, a diffractive optical element for X direction tripolar illumination can be set in the illumination optical path to perform X direction tripolar illumination. The diffractive optical element for X-direction tripolar illumination, when a parallel light beam enters, is spaced in the far field, for example, a circular light intensity distribution centered on the optical axis AX and the optical axis AX in the X direction. And has a function of forming three circular light intensity distributions composed of two circular light intensity distributions separated from each other. Accordingly, the light beam that has passed through the diffractive optical element for X-direction triode illumination has a circular light intensity distribution (center surface light source) 30a centered on the optical axis AX and the optical axis, as shown in FIG. An X-direction tripolar secondary light source is formed, which includes two circular light intensity distributions (peripheral surface light sources) 30c spaced from each other in the X direction with AX as the center.

そして、図6に示すように、プリズム対6の間隔を零から所定の値まで拡大させると、図4のZ方向3極照明の場合と同様に、X方向3極状の二次光源を構成する2つの円形状の周辺面光源32cの位置および大きさが、X方向3極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源32aとは独立して変化する。すなわち、円形状の周辺面光源32cは、プリズム対6の間隔に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが周方向にだけ変化して、楕円形状の周辺面光源33cになる。一方、円形状の中心面光源32aは、プリズム対6の間隔が変化しても、その中心位置および大きさは変化しない。   Then, as shown in FIG. 6, when the interval between the prism pair 6 is increased from zero to a predetermined value, a secondary light source having a tripolar shape in the X direction is formed as in the case of tripolar illumination in the Z direction in FIG. The position and size of the two circular peripheral surface light sources 32c to be changed independently of the circular central surface light source 32a constituting the X direction tripolar secondary light source. That is, the circular peripheral surface light source 32c is moved in the radial direction depending on the distance between the prism pairs 6, and the size thereof is changed only in the circumferential direction. become. On the other hand, the center position and size of the circular center surface light source 32a do not change even if the interval between the prism pairs 6 changes.

また、図7に示すように、ズームレンズ7の焦点距離を変化させると、図5のZ方向3極照明の場合と同様に、円形状の中心面光源32aと2つの円形状の周辺面光源32cとからなるX方向3極状の二次光源の全体形状は相似的に変化する。すなわち、円形状の周辺面光源32cは、ズームレンズ7の焦点距離の変化に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが相似的に変化して、円形状の周辺面光源34cになる。一方、円形状の中心面光源32aは、ズームレンズ7の焦点距離の変化に依存して、その大きさが相似的に変化して円形状の中心面光源34aになるが、その中心位置は変化しない。   Further, as shown in FIG. 7, when the focal length of the zoom lens 7 is changed, a circular central surface light source 32a and two circular peripheral surface light sources are provided, as in the case of Z-direction tripolar illumination in FIG. The overall shape of the X direction tripolar secondary light source consisting of 32c changes in a similar manner. In other words, the circular peripheral surface light source 32c depends on the change in the focal length of the zoom lens 7, the center position thereof moves in the radial direction, and the size thereof changes in a similar manner. It becomes the light source 34c. On the other hand, the circular center plane light source 32a depends on the change in the focal length of the zoom lens 7 and changes in size in a similar manner to become a circular center plane light source 34a, but the center position changes. do not do.

また、Z方向3極照明用の回折光学素子3に代えて、5極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、5極照明を行うことができる。5極照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸AXを中心とする円形状の光強度分布と、光軸AXを中心としてX方向に沿った辺およびZ方向に沿った辺を有する正方形(または長方形)の各頂点の位置に配置された4つの円形状の光強度分布とからなる5つの円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、5極照明用の回折光学素子を介した光束は、図8(a)に示すように、光軸AXを中心とする円形状の光強度分布(中心面光源)30aと、光軸AXを中心としてX方向に沿った辺およびZ方向に沿った辺を有する正方形の各頂点の位置に配置された4つの円形状の光強度分布(周辺面光源)30dとからなる5極状の二次光源を形成する。   Further, in place of the diffractive optical element 3 for Z-direction tripolar illumination, pentode illumination can be performed by setting a diffractive optical element for pentapole illumination in the illumination optical path. The diffractive optical element for pentode illumination has, for example, a circular light intensity distribution centered on the optical axis AX and the X direction centered on the optical axis AX in the far field when a parallel light beam enters. It has a function of forming five circular light intensity distributions consisting of four circular light intensity distributions arranged at the positions of the respective vertices of a square (or a rectangle) having sides along the Z direction. Therefore, as shown in FIG. 8A, the light beam that has passed through the diffractive optical element for pentode illumination has a circular light intensity distribution (center surface light source) 30a centered on the optical axis AX and the optical axis AX. A five-pole two-polar light distribution (peripheral surface light source) 30d arranged at the position of each vertex of a square having a side along the X direction and a side along the Z direction. The next light source is formed.

そして、図9に示すように、プリズム対6の間隔を零から所定の値まで拡大させると、図4のZ方向3極照明や図6のX方向3極照明の場合と同様に、5極状の二次光源を構成する4つの円形状の周辺面光源32dの位置および大きさが、5極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源32aとは独立して変化する。すなわち、円形状の周辺面光源32dは、プリズム対6の間隔に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが周方向にだけ変化して、楕円形状の周辺面光源33dになる。一方、円形状の中心面光源32aは、プリズム対6の間隔が変化しても、その中心位置および大きさは変化しない。   Then, as shown in FIG. 9, when the interval between the prism pair 6 is increased from zero to a predetermined value, as in the case of the Z direction tripolar illumination in FIG. 4 and the X direction tripolar illumination in FIG. The positions and sizes of the four circular peripheral surface light sources 32d constituting the secondary light source of the shape change independently of the circular central surface light source 32a constituting the secondary light source having the pentapole shape. In other words, the circular peripheral surface light source 32d moves in the radial direction depending on the interval between the prism pairs 6, and its size changes only in the circumferential direction, so that the elliptical peripheral surface light source 33d changes. become. On the other hand, the center position and size of the circular center surface light source 32a do not change even if the interval between the prism pairs 6 changes.

また、図10に示すように、ズームレンズ7の焦点距離を変化させると、図5のZ方向3極照明や図7のX方向3極照明の場合と同様に、円形状の中心面光源32aと4つの円形状の周辺面光源32dとからなる5極状の二次光源の全体形状は相似的に変化する。すなわち、円形状の周辺面光源32dは、ズームレンズ7の焦点距離の変化に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが相似的に変化して、円形状の周辺面光源34dになる。一方、円形状の中心面光源32aは、ズームレンズ7の焦点距離の変化に依存して、その大きさが相似的に変化して円形状の中心面光源34aになるが、その中心位置は変化しない。   Further, as shown in FIG. 10, when the focal length of the zoom lens 7 is changed, a circular center plane light source 32a is provided as in the case of the Z direction tripolar illumination in FIG. 5 and the X direction tripolar illumination in FIG. The four-pole secondary light source comprising the four circular peripheral surface light sources 32d changes in a similar manner. That is, the circular peripheral surface light source 32d has its center position moved in the radial direction depending on the change in the focal length of the zoom lens 7, and the size thereof is changed in a similar manner. It becomes the light source 34d. On the other hand, the circular center plane light source 32a depends on the change in the focal length of the zoom lens 7 and changes in size in a similar manner to become a circular center plane light source 34a, but the center position changes. do not do.

また、Z方向3極照明用の回折光学素子3に代えて、9極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、9極照明を行うことができる。9極照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸AXを中心とする円形状の光強度分布と、光軸AXを中心としてX方向に沿った辺およびZ方向に沿った辺を有する第1正方形(または第1長方形)の各頂点の位置に配置された4つの円形状の光強度分布と、光軸AXを中心としてX方向に沿った辺およびZ方向に沿った辺を有し且つ第1正方形(または第1長方形)を包囲する第2正方形(または第2長方形)の各頂点の位置に配置された4つの円形状の光強度分布とからなる5つの円形状の光強度分布を形成する機能を有する。   Further, instead of the diffractive optical element 3 for Z-direction tripolar illumination, nine-pole illumination can be performed by setting a diffractive optical element for nine-pole illumination in the illumination optical path. The diffractive optical element for nine-pole illumination, when a parallel light beam is incident, has, for example, a circular light intensity distribution centered on the optical axis AX and a X-direction centered on the optical axis AX. Four circular light intensity distributions arranged at the positions of the vertices of a first square (or first rectangle) having a side and a side along the Z direction, and a side along the X direction about the optical axis AX And four circular light intensity distributions arranged at the positions of the vertices of the second square (or second rectangle) having sides along the Z direction and surrounding the first square (or first rectangle); 5 has a function of forming a light intensity distribution of five circular shapes.

したがって、9極照明用の回折光学素子を介した光束は、図8(b)に示すように、光軸AXを中心とする円形状の光強度分布(中心面光源)30aと、光軸AXを中心としてX方向に沿った辺およびZ方向に沿った辺を有する第1正方形の各頂点の位置に配置された4つの円形状の光強度分布(内側周辺面光源)30eと、光軸AXを中心としてX方向に沿った辺およびZ方向に沿った辺を有し且つ第1正方形を包囲する第2正方形の各頂点の位置に配置された4つの円形状の光強度分布(外側周辺面光源)30fとからなる9極状の二次光源を形成する。   Accordingly, the light beam that has passed through the diffractive optical element for nine-pole illumination has a circular light intensity distribution (center surface light source) 30a centered on the optical axis AX and the optical axis AX as shown in FIG. Four circular light intensity distributions (inner peripheral surface light sources) 30e arranged at the positions of the vertices of the first square having sides along the X direction and sides along the Z direction, and an optical axis AX Four circular light intensity distributions (outer peripheral surfaces) arranged at positions of respective vertices of the second square having sides along the X direction and sides along the Z direction and surrounding the first square. A nine-pole secondary light source consisting of 30f is formed.

この場合、図示を省略するが、プリズム対6の間隔を零から所定の値まで拡大させると、図9の5極照明の場合と同様に、9極状の二次光源を構成する4つの円形状の内側周辺面光源および4つの円形状の外側周辺面光源の位置および大きさが、9極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源とは独立して変化する。すなわち、円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源は、プリズム対6の間隔に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが周方向にだけ変化して、楕円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源になる。一方、円形状の中心面光源は、プリズム対6の間隔が変化しても、その中心位置および大きさは変化しない。   In this case, although not shown, when the interval between the prism pair 6 is increased from zero to a predetermined value, the four circles constituting the nine-pole secondary light source are formed as in the case of the five-pole illumination in FIG. The positions and sizes of the shape inner peripheral surface light source and the four circular outer peripheral surface light sources change independently of the circular central surface light source constituting the nine-pole secondary light source. That is, the circular inner peripheral surface light source and the outer peripheral surface light source move in the radial direction depending on the distance between the prism pairs 6, and the size thereof changes only in the circumferential direction. The inner peripheral surface light source and the outer peripheral light source. On the other hand, the center position and size of the circular center surface light source do not change even if the interval between the prism pair 6 changes.

また、ズームレンズ7の焦点距離を変化させると、図10の5極照明の場合と同様に、円形状の中心面光源と4つの円形状の内側周辺面光源と4つの円形状の外側周辺面光源とからなる9極状の二次光源の全体形状は相似的に変化する。すなわち、円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源は、ズームレンズ7の焦点距離の変化に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが相似的に変化して、円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源になる。一方、円形状の中心面光源は、ズームレンズ7の焦点距離の変化に依存して、その大きさが相似的に変化して円形状の中心面光源になるが、その中心位置は変化しない。   When the focal length of the zoom lens 7 is changed, a circular central surface light source, four circular inner peripheral surface light sources, and four circular outer peripheral surfaces are provided, as in the case of the pentapolar illumination in FIG. The overall shape of the nine-pole secondary light source composed of the light source changes similarly. That is, the circular inner peripheral surface light source and the outer peripheral surface light source depend on the change in the focal length of the zoom lens 7, the center position thereof moves in the radial direction, and the size thereof changes similarly. It becomes a circular inner peripheral surface light source and an outer peripheral surface light source. On the other hand, depending on the change in the focal length of the zoom lens 7, the circular center plane light source changes in size in a similar manner to become a circular center plane light source, but the center position does not change.

なお、上述の説明では、9極照明に際して、図2に示すように屈折面が1つの周辺円錐部(6d,6f)を有する1段式のプリズム対6を用いている。しかしながら、9極照明に際して、図11に示すように屈折面が2つの周辺円錐部を有する2段式のプリズム対60を用いることもできる。図11を参照すると、2段式プリズム対60は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹状断面の屈折面を向けた第1プリズム部材60aと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸状断面の屈折面を向けた第2プリズム部材60bとにより構成されている。そして、第1プリズム部材60aの凹状断面の屈折面と第2プリズム部材60bの凸状断面の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。   In the above description, in the case of nine-pole illumination, a single-stage prism pair 6 having a refracting surface having one peripheral cone (6d, 6f) is used as shown in FIG. However, in the case of nine-pole illumination, it is also possible to use a two-stage prism pair 60 whose refractive surface has two peripheral cones as shown in FIG. Referring to FIG. 11, the two-stage prism pair 60 includes, in order from the light source side, a first prism member 60 a having a flat surface facing the light source side and a refractive surface having a concave cross section facing the mask side, and a flat surface facing the mask side. In addition, the second prism member 60b having a refracting surface with a convex cross section facing the light source side. The concave refracting surface of the first prism member 60a and the convex refracting surface of the second prism member 60b are complementarily formed so as to be in contact with each other.

さらに具体的には、第1プリズム部材60aの凹状断面の屈折面は、光軸AXと直交する平面状の中央部60cと、光軸AXを中心とする第1円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部60dと、光軸AXを中心とし且つ第1円錐体よりも小さな頂角を有する第2円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部60eとを有する。同様に、第2プリズム部材60bの凸状断面の屈折面は、光軸AXと直交する平面状の中央部60fと、光軸AXを中心とする第1円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部60gと、光軸AXを中心とし且つ第1円錐体よりも小さな頂角を有する第2円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部60hとを有する。また、第1プリズム部材60aおよび第2プリズム部材60bのうち少なくとも一方の部材が光軸AXに沿って移動可能に構成され、第1プリズム部材60aの凹状断面の屈折面と第2プリズム部材60bの凸状断面の屈折面との間隔が可変に構成されている。   More specifically, the refracting surface of the concave section of the first prism member 60a has a planar central portion 60c orthogonal to the optical axis AX and an inner side corresponding to the side surface of the first cone centered on the optical axis AX. The peripheral cone portion 60d has an outer peripheral cone portion 60e corresponding to the side surface of the second cone having the apex angle smaller than that of the first cone and having the optical axis AX as the center. Similarly, the refractive surface of the convex cross section of the second prism member 60b has a planar central portion 60f orthogonal to the optical axis AX and an inner peripheral cone corresponding to the side surface of the first cone centered on the optical axis AX. Part 60g and an outer peripheral cone part 60h corresponding to the side surface of the second cone having the apex angle smaller than that of the first cone with the optical axis AX as the center. In addition, at least one of the first prism member 60a and the second prism member 60b is configured to be movable along the optical axis AX, and the concave surface of the first prism member 60a has a refractive surface and the second prism member 60b. The interval between the convex cross section and the refractive surface is variable.

2段式プリズム対60では、図11に示すように、9極状の二次光源のうち光軸AXを中心とする円形状の中心面光源30aを形成する中心光束31aが、第1プリズム部材60aの中央部60cおよび第2プリズム部材60bの中央部60fを通過する。また、9極状の二次光源のうち、光軸AXを中心とした第1正方形の各頂点の位置に配置された4つの内側周辺面光源30eを形成する4つの内側周辺光束31eは、第1プリズム部材60aの内側周辺円錐部60dおよび第2プリズム部材60bの周辺円錐部60gを通過する。また、9極状の二次光源のうち、光軸AXを中心とした第2正方形の各頂点の位置に配置された4つの外側周辺面光源30fを形成する4つの外側周辺光束31fは、第1プリズム部材60aの外側周辺円錐部60eおよび第2プリズム部材60bの周辺円錐部60hを通過する。   In the two-stage prism pair 60, as shown in FIG. 11, a central light beam 31a that forms a circular center surface light source 30a centering on the optical axis AX among the nine-pole secondary light sources is a first prism member. It passes through the central portion 60c of 60a and the central portion 60f of the second prism member 60b. Of the nine-pole secondary light sources, the four inner peripheral light beams 31e forming the four inner peripheral surface light sources 30e arranged at the positions of the vertices of the first square centered on the optical axis AX are It passes through the inner peripheral conical portion 60d of the first prism member 60a and the peripheral conical portion 60g of the second prism member 60b. Of the nine-pole secondary light sources, the four outer peripheral light beams 31f forming the four outer peripheral surface light sources 30f arranged at the positions of the vertices of the second square centered on the optical axis AX are It passes through the outer peripheral cone portion 60e of the first prism member 60a and the peripheral cone portion 60h of the second prism member 60b.

ここで、第1プリズム部材60aの凹状屈折面と第2プリズム部材60bの凸状屈折面とが互いに当接している状態では、中心光束31a、4つの内側周辺光束31eおよび4つの外側周辺光束31fに対して2段式プリズム対60は平行平面板として機能し、形成される9極状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第1プリズム部材60aの凹状屈折面と第2プリズム部材60bの凸状屈折面とを離間させると、中心光束31aに対して2段式プリズム対60は影響を及ぼさないが、4つの内側周辺光束31eおよび4つの外側周辺光束31fに対して2段式プリズム対60はいわゆるビームエキスパンダーとして機能する。   Here, when the concave refractive surface of the first prism member 60a and the convex refractive surface of the second prism member 60b are in contact with each other, the central light beam 31a, the four inner peripheral light beams 31e, and the four outer peripheral light beams 31f. On the other hand, the two-stage prism pair 60 functions as a plane-parallel plate and has no influence on the formed nine-pole secondary light source. However, if the concave refracting surface of the first prism member 60a and the convex refracting surface of the second prism member 60b are separated from each other, the two-stage prism pair 60 does not affect the central light beam 31a. The two-stage prism pair 60 functions as a so-called beam expander for the peripheral light beam 31e and the four outer peripheral light beams 31f.

図12は、9極状の二次光源に対する2段式プリズム対の作用を説明する図である。ただし、図12では、図面の明瞭化のために、9極状の二次光源のうち、中心面光源32a、1つの内側周辺面光源32e、および1つの外側周辺面光源32fだけを示している。図12に示すように、内側周辺面光源32eおよび外側周辺面光源32fは、2段式プリズム対60の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、光軸AXを中心とした円の径方向に沿って外方へ移動するとともに、その形状が円形状から楕円形状に変化する。すなわち、変化前の円形状の内側周辺面光源32eおよび外側周辺面光源32fの中心点と変化後の楕円形状の内側周辺面光源33eおよび外側周辺面光源33fの中心点とを結ぶ線分は光軸AXを通り、中心点の移動距離は2段式プリズム対60の間隔に依存する。   FIG. 12 is a diagram for explaining the action of the two-stage prism pair for the nine-pole secondary light source. However, in FIG. 12, only the center surface light source 32a, one inner peripheral surface light source 32e, and one outer peripheral surface light source 32f are shown among the nine-pole secondary light sources for the sake of clarity. . As shown in FIG. 12, the inner peripheral surface light source 32e and the outer peripheral surface light source 32f expand the distance between the two-stage prism pair 60 from zero to a predetermined value, thereby increasing the diameter of the circle centered on the optical axis AX. As it moves outward along the direction, its shape changes from a circular shape to an elliptical shape. That is, the line segment connecting the center points of the circular inner peripheral surface light source 32e and the outer peripheral surface light source 32f before the change and the center points of the elliptical inner peripheral surface light source 33e and the outer peripheral surface light source 33f after the change is light. The movement distance of the center point through the axis AX depends on the distance between the two-stage prism pair 60.

ここで、2段式プリズム対60の場合には、変化前の円形状の外側周辺面光源32fから変化後の楕円形状の外側周辺面光源33fへの移動距離の方が、変化前の円形状の内側周辺面光源32eから変化後の楕円形状の内側周辺面光源33eへの移動距離よりも大きくなり、その移動距離の差は2段式プリズム対60の間隔に依存して変化する。さらに、変化前の円形状の内側周辺面光源32eを光軸AXから見込む角度(光軸AXから内側周辺面光源32eへの一対の接線がなす角度)と、変化後の楕円形状の内側周辺面光源33eを光軸AXから見込む角度とが等しい。   Here, in the case of the two-stage prism pair 60, the moving distance from the circular outer peripheral surface light source 32f before the change to the elliptical outer peripheral light source 33f after the change is the circular shape before the change. The moving distance from the inner peripheral surface light source 32e to the elliptical inner peripheral surface light source 33e after the change becomes larger, and the difference in the moving distance changes depending on the distance between the two-stage prism pair 60. Further, the angle at which the circular inner peripheral surface light source 32e before the change is viewed from the optical axis AX (the angle formed by a pair of tangent lines from the optical axis AX to the inner peripheral surface light source 32e), and the elliptical inner peripheral surface after the change The angle at which the light source 33e is viewed from the optical axis AX is equal.

同様に、変化前の円形状の外側周辺面光源32fを光軸AXから見込む角度(光軸AXから外側周辺面光源32fへの一対の接線がなす角度)と、変化後の楕円形状の外側周辺面光源33fを光軸AXから見込む角度とが等しい。ここで、変化前の円形状の内側周辺面光源32eと変化前の円形状の外側周辺面光源32fとが同じ大きさを有する場合、変化前の円形状の内側周辺面光源32eを光軸AXから見込む角度の方が、変化前の円形状の外側周辺面光源32fを光軸AXから見込む角度よりも大きくなる。   Similarly, an angle at which the circular outer peripheral surface light source 32f before the change is viewed from the optical axis AX (an angle formed by a pair of tangents from the optical axis AX to the outer peripheral light source 32f) and the outer periphery of the elliptical shape after the change The angle at which the surface light source 33f is viewed from the optical axis AX is equal. When the circular inner peripheral surface light source 32e before the change and the circular outer peripheral light source 32f before the change have the same size, the circular inner peripheral surface light source 32e before the change has the optical axis AX. Is larger than the angle at which the circular outer peripheral surface light source 32f before the change is viewed from the optical axis AX.

そして、変化前の円形状の内側周辺面光源32eの直径すなわち光軸AXとして4つの内側周辺面光源32eに外接する円の半径と内接する円の半径との差と、光軸AXとして変化後の楕円形状の内側周辺面光源33eに外接する円の半径と内接する円の半径との差とが等しい。同様に、変化前の円形状の外側周辺面光源32fの直径すなわち光軸AXとして4つの外側周辺面光源32fに外接する円の半径と内接する円の半径との差と、光軸AXとして変化後の楕円形状の外側周辺面光源33fに外接する円の半径と内接する円の半径との差とが等しい。一方、9極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源32aは、2段式プリズム対60の間隔を零から所定の値まで拡大させても影響を受けない。   Then, the diameter of the circular inner peripheral surface light source 32e before the change, that is, the difference between the radius of the circle circumscribing the four inner peripheral surface light sources 32e and the radius of the inscribed circle as the optical axis AX, and the optical axis AX after the change The difference between the radius of the circle circumscribing the inner peripheral surface light source 33e and the radius of the inscribed circle is equal. Similarly, the diameter of the circular outer peripheral surface light source 32f before the change, that is, the difference between the radius of the circle circumscribing the four outer peripheral surface light sources 32f and the radius of the inscribed circle as the optical axis AX, and the optical axis AX are changed. The difference between the radius of the circle circumscribing the outer elliptical outer peripheral surface light source 33f and the radius of the inscribed circle is equal. On the other hand, the circular center plane light source 32a constituting the nine-pole secondary light source is not affected even if the interval of the two-stage prism pair 60 is increased from zero to a predetermined value.

以上のように、第1実施形態では、領域変更手段としてのプリズム対6(または2段式プリズム対60)の作用により、瞳面またはその近傍に形成されて光軸AXから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布(周辺面光源)の位置および大きさを、光軸AXを含む中心領域に位置する光強度分布(中心面光源)とは独立して変更することができる。その結果、第1実施形態では、たとえば中心面光源とは独立して変更される複数の周辺面光源の位置および大きさに関して多様性に富んだ(すなわち瞳面またはその近傍に形成される光強度分布に関して多様性に富んだ)3極照明、5極照明および9極照明を実現することができる。   As described above, in the first embodiment, a plurality of prisms 6 (or two-stage prism pair 60) that are formed in or near the pupil plane and spaced apart from the optical axis AX by the action of the prism pair 6 (or the two-stage prism pair 60) as the region changing means. The position and size of the light intensity distribution (peripheral surface light source) located in the peripheral region of the light source can be changed independently of the light intensity distribution (center surface light source) located in the central region including the optical axis AX. As a result, in the first embodiment, for example, the positions and sizes of a plurality of peripheral surface light sources that are changed independently of the central surface light source are rich in diversity (that is, the light intensity formed on or near the pupil surface). 3-pole illumination, 5-pole illumination, and 9-pole illumination, which are diverse in terms of distribution, can be realized.

なお、上述の第1実施形態では、光軸AXを中心とする円形状の中心面光源と光軸AXに関して対称に配置された複数の円形状の周辺面光源とからなる二次光源を形成している。しかしながら、各面光源の形状および位置はこれに限定されることなく、一般に、光軸AXを含む中心領域に位置する光強度分布と光軸AXから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布とを有する二次光源(照明瞳分布)を形成することができる。   In the first embodiment described above, a secondary light source including a circular central surface light source centered on the optical axis AX and a plurality of circular peripheral surface light sources arranged symmetrically with respect to the optical axis AX is formed. ing. However, the shape and position of each surface light source are not limited to this, and in general, the light intensity distribution located in the central area including the optical axis AX and the light located in a plurality of peripheral areas spaced from the optical axis AX. A secondary light source (illumination pupil distribution) having an intensity distribution can be formed.

また、上述の第1実施形態では、光軸AXを含む中心面光源と光軸AXから間隔を隔てた各周辺面光源とがほぼ同じ大きさを有する二次光源を形成している。しかしながら、これに限定されることなく、所望の特性を有する回折光学素子を照明光路に設定することにより、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に大きくしたり、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に小さくしたりする変形例も可能である。この場合、中央部の面積が異なる1つまたは複数のプリズム対を交換可能に備えていることが好ましい。   Further, in the first embodiment described above, the central light source including the optical axis AX and the peripheral light sources spaced from the optical axis AX form a secondary light source having substantially the same size. However, the present invention is not limited to this. By setting a diffractive optical element having desired characteristics in the illumination optical path, the center surface light source can be made substantially larger than each peripheral surface light source, or more than each peripheral surface light source. A modification in which the center plane light source is substantially reduced is also possible. In this case, it is preferable that one or a plurality of prism pairs having different areas in the central portion are provided to be exchangeable.

具体的には、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に小さく設定する場合には、図12(a)に示すような中央部の面積が比較的小さいプリズム対を用いることができる。また、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に大きく設定する場合には、図12(b)に示すような中央部の面積が比較的大きいプリズム対を用いることができる。なお、図12には1段式プリズム対の例だけを示しているが、必要に応じて、中央部の面積が異なる1つまたは複数の2段式プリズム対を交換可能に備えていることが好ましい。   Specifically, when the central surface light source is set to be substantially smaller than the peripheral surface light sources, a prism pair having a relatively small central area as shown in FIG. 12A can be used. When the center surface light source is set to be substantially larger than each peripheral surface light source, a prism pair having a relatively large area at the center as shown in FIG. 12B can be used. FIG. 12 shows only an example of a single-stage prism pair. However, if necessary, one or a plurality of two-stage prism pairs having different central areas can be exchanged. preferable.

図14は、本発明の第2実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図15は、第2実施形態の要部構成を概略的に示す図である。なお、図14および図15では、照明光学装置がZ方向3極照明の状態に設定されている。第2実施形態は、第1実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、第2実施形態では、プリズム対6の光源側に1/4波長板12および1/2波長板13が付設され、プリズム対6のマスク側に1/2波長板14および偏角プリズム組立体15が付設されている点が第1実施形態と相違している。以下、第1実施形態との相違点に着目して第2実施形態を説明する。   FIG. 14 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram schematically showing a main configuration of the second embodiment. In FIG. 14 and FIG. 15, the illumination optical device is set in a Z-direction tripolar illumination state. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, in the second embodiment, the quarter-wave plate 12 and the half-wave plate 13 are attached to the light source side of the prism pair 6, and the half-wave plate 14 and the deflection prism assembly are attached to the mask side of the prism pair 6. The point to which the solid 15 is attached is different from the first embodiment. Hereinafter, the second embodiment will be described by paying attention to differences from the first embodiment.

図14および図15を参照すると、第2実施形態では、アフォーカルレンズ4の前側レンズ群4aとプリズム対6との間の光路中において、光源側から順に、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された1/4波長板12と、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された1/2波長板13とが配置されている。ここで、1/4波長板12は、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する機能を有する。また、1/2波長板13は、入射する直線偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換する機能を有する。   14 and 15, in the second embodiment, in the optical path between the front lens group 4a of the afocal lens 4 and the prism pair 6, the crystal optical axis is centered on the optical axis AX in order from the light source side. A quarter-wave plate 12 that is configured to be rotatable and a half-wave plate 13 that is configured so that the crystal optical axis is rotatable about the optical axis AX are disposed. Here, the quarter wave plate 12 has a function of converting incident elliptically polarized light into linearly polarized light. The half-wave plate 13 has a function of converting incident linearly polarized light into linearly polarized light having a polarization plane in a predetermined direction.

光源1としてKrFエキシマレーザ光源やArFエキシマレーザ光源を用いる場合、光源1からはほぼ直線偏光の光が供給される。また、光源1と回折光学素子3との間の光路中には、裏面反射鏡としての直角プリズムが複数個配置されるのが通常である。一般に、裏面反射鏡としての直角プリズムに直線偏光が入射する場合、入射する直線偏光の偏光面がP偏光面またはS偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。   When a KrF excimer laser light source or an ArF excimer laser light source is used as the light source 1, substantially linearly polarized light is supplied from the light source 1. Further, in the optical path between the light source 1 and the diffractive optical element 3, it is usual that a plurality of right-angle prisms as back reflectors are arranged. In general, when linearly polarized light is incident on a right-angle prism as a back reflector, if the polarization plane of the incident linearly polarized light does not coincide with the P-polarization plane or the S-polarization plane, the linearly polarized light becomes elliptical due to total reflection at the right-angle prism. Changes to polarized light.

第2実施形態では、たとえば直角プリズムに起因して楕円偏光が回折光学素子3に入射することがあっても、入射する楕円偏光の特性に応じて1/4波長板12の結晶光学軸を設定することにより、後続する1/2波長板13に直線偏光が入射する。また、1/2波長板13に入射した直線偏光の光は、その結晶光学軸の方向に応じて、任意の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換される。こうして、1/4波長板12と1/2波長板13との協働作用により、任意の方向に偏光面を有する直線偏光の光がプリズム対6へ導かれる。なお、1/4波長板12を1/2波長板13のマスク側に配置しても光学的に等価な効果が得られる。   In the second embodiment, for example, even when elliptically polarized light is incident on the diffractive optical element 3 due to a right-angle prism, the crystal optical axis of the quarter-wave plate 12 is set according to the characteristics of the incident elliptically polarized light. As a result, the linearly polarized light enters the subsequent half-wave plate 13. The linearly polarized light incident on the half-wave plate 13 is converted into linearly polarized light having a polarization plane in an arbitrary direction according to the direction of the crystal optical axis. Thus, linearly polarized light having a polarization plane in an arbitrary direction is guided to the prism pair 6 by the cooperative action of the quarter-wave plate 12 and the half-wave plate 13. Even if the quarter-wave plate 12 is arranged on the mask side of the half-wave plate 13, an optically equivalent effect can be obtained.

また、第2実施形態では、プリズム対6とアフォーカルレンズ4の後側レンズ群4bとの間において、光軸AXから間隔を隔てた2つの周辺面光源30bを形成する2つの周辺光束31bの光路中には、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された輪帯状の1/2波長板14が配置されている。さらに、プリズム対6とアフォーカルレンズ4の後側レンズ群4bとの間において、光軸AXを含む中心面光源30aを形成する中心光束31aの光路中には、くさび形状の水晶プリズム15aと、この水晶プリズム15aと相補的な形状を有するくさび形状の石英プリズム15bとにより一体的に構成された偏角プリズム組立体15が配置されている。   In the second embodiment, between the prism pair 6 and the rear lens group 4b of the afocal lens 4, two peripheral light beams 31b forming two peripheral surface light sources 30b spaced from the optical axis AX are used. In the optical path, an annular half-wave plate 14 in which the crystal optical axis is rotatable about the optical axis AX is disposed. Further, between the prism pair 6 and the rear lens group 4b of the afocal lens 4, there is a wedge-shaped quartz prism 15a in the optical path of the central light beam 31a that forms the central surface light source 30a including the optical axis AX. A declination prism assembly 15 integrally formed by the quartz prism 15a and a wedge-shaped quartz prism 15b having a complementary shape is disposed.

偏角プリズム組立体15は、光軸AXを中心として回転可能に構成されている。また、偏角プリズム組立体15では、水晶プリズム15aの頂点方向と石英プリズム15bの頂点方向とが逆向きに設定され、水晶プリズム15aによる偏角作用を石英プリズム15bが補償(補正)するように構成されている。偏角プリズム組立体15では、入射する直線偏光の偏光面に対して水晶プリズム15aの結晶光学軸の方向が45度の角度をなすように設定することにより、偏角プリズム組立体15からの射出光が実質的に非偏光状態の光に変換される。一方、入射する直線偏光の偏光面に対して水晶プリズム15aの結晶光学軸の方向が0度または90度の角度をなすように設定すると、入射した直線偏光の偏光面が変化することなくそのまま偏角プリズム組立体15を通過する。   The declination prism assembly 15 is configured to be rotatable about the optical axis AX. Further, in the declination prism assembly 15, the apex direction of the quartz prism 15a and the apex direction of the quartz prism 15b are set in opposite directions, and the declination action by the quartz prism 15a is compensated (corrected) by the quartz prism 15b. It is configured. In the declination prism assembly 15, the crystal prism 15 a is set so that the direction of the crystal optical axis of the crystal prism 15 a forms an angle of 45 degrees with respect to the incident plane of linearly polarized light. Light is converted into substantially unpolarized light. On the other hand, if the crystal optical axis direction of the crystal prism 15a is set at an angle of 0 degree or 90 degrees with respect to the polarization plane of the incident linearly polarized light, the polarization plane of the incident linearly polarized light is not changed and remains unchanged. It passes through the prism assembly 15.

こうして、1/2波長板14は、光軸AXから間隔を隔てた2つの周辺面光源30bヘ向かう直線偏光の光束の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を構成している。具体的には、1/2波長板14の結晶光学軸を所要の角度位置に設定することにより、2つの周辺面光源30bに達する光の偏光状態を、任意の方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することができる。   Thus, the half-wave plate 14 constitutes a phase member for changing the polarization plane of the linearly polarized light beam toward the two peripheral surface light sources 30b spaced from the optical axis AX as necessary. Specifically, by setting the crystal optical axis of the half-wave plate 14 to a required angular position, the polarization state of the light reaching the two peripheral surface light sources 30b is changed into linearly polarized light having a polarization plane in an arbitrary direction. Can be set to state.

また、偏角プリズム組立体15は、光軸AXを含む中心面光源30aヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を構成している。具体的には、偏角プリズム組立体15における水晶プリズム15aの結晶光学軸を所要の角度位置に設定することにより、中心面光源30aに達する光の偏光状態を、直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができる。あるいは、偏角プリズム組立体15を光路に対して挿脱自在に構成し、偏角プリズム組立体15を光路中に設定することにより非偏光状態を実現したり、偏角プリズム組立体15を光路から退避させることにより光量損失を回避しつつ直線偏光状態を実現したりすることもできる。以下、具体的に、第2実施形態の3極照明、5極照明および9極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する。   Further, the declination prism assembly 15 constitutes a depolarizing element for depolarizing linearly polarized light fluxes toward the central surface light source 30a including the optical axis AX as necessary. Specifically, by setting the crystal optical axis of the crystal prism 15a in the declination prism assembly 15 to a required angular position, the polarization state of the light reaching the center plane light source 30a is changed into a linear polarization state and a non-polarization state. Can be switched between. Alternatively, the polarization prism assembly 15 is configured to be detachable with respect to the optical path, and the polarization prism assembly 15 is set in the optical path to realize a non-polarized state, or the polarization prism assembly 15 is configured to be in the optical path. By retracting from the position, it is possible to achieve a linearly polarized state while avoiding light loss. Hereinafter, a setting example of the polarization state of the peripheral surface light source and the central surface light source in the three-pole illumination, the five-pole illumination, and the nine-pole illumination according to the second embodiment will be specifically described.

図16は、第2実施形態の3極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。Z方向3極照明またはX方向3極照明の場合、図16に示すように、マスクに形成されたライン・アンド・スペース・パターン51のピッチ方向に沿って光軸AXを中心として間隔を隔てた2つの周辺面光源41bを形成し、この2つの周辺面光源41bを通過する光束の偏光状態を、たとえばパターン51のピッチ方向と直交する方向に偏光面(図中両方向矢印で示す)を有する直線偏光状態に設定する。また、光軸AXを中心とした中心面光源41aを通過する光束の偏光状態を、たとえば非偏光状態に設定する。   FIG. 16 is a diagram for explaining a setting example of the polarization state of the peripheral surface light source and the central surface light source in the tripolar illumination of the second embodiment. In the case of the Z-direction tripolar illumination or the X-direction tripolar illumination, as shown in FIG. 16, an interval is provided around the optical axis AX along the pitch direction of the line and space pattern 51 formed on the mask. A straight line that forms two peripheral surface light sources 41b and has a polarization plane (indicated by a double-pointed arrow in the figure) in a direction orthogonal to the pitch direction of the pattern 51, for example, for the polarization state of the light beam passing through the two peripheral surface light sources 41b Set to polarization state. Further, the polarization state of the light beam passing through the center plane light source 41a with the optical axis AX as the center is set to, for example, a non-polarization state.

この場合、ライン・アンド・スペース・パターン51に適した2極照明(2つの周辺面光源41bからの光束によるマスクの照明)と、孤立パターン52に適した小σ照明(中心面光源41aからの光束によるマスクの照明)との組み合わせからなる3極照明により、投影光学系の結像性能の向上を図りつつ忠実なパターン転写を実現することができる。なお、3極照明において、中心面光源41aを通過する光束の偏光状態を、所望する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。また、2つの周辺面光源41bを通過する光束の偏光状態を、所望する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。   In this case, dipole illumination suitable for the line and space pattern 51 (mask illumination by light beams from the two peripheral surface light sources 41b) and small σ illumination suitable for the isolated pattern 52 (from the central surface light source 41a). With the tripolar illumination that is combined with the illumination of the mask by the luminous flux, it is possible to realize faithful pattern transfer while improving the imaging performance of the projection optical system. In tripolar illumination, the polarization state of the light beam passing through the center plane light source 41a can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a desired direction. In addition, the polarization state of the light beam passing through the two peripheral surface light sources 41b can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a desired direction.

図17は、第2実施形態の5極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。5極照明の場合、図17に示すように、マスクに形成されたライン・アンド・スペース・パターン51のピッチ方向に沿った辺を有する正方形(または長方形)の各頂点の位置に4つの周辺面光源41dを形成し、この4つの周辺面光源41dを通過する光束の偏光状態を、たとえばパターン51のピッチ方向と直交する方向に偏光面(図中両方向矢印で示す)を有する直線偏光状態に設定する。また、光軸AXを中心とした中心面光源41aを通過する光束の偏光状態を、たとえば非偏光状態に設定する。   FIG. 17 is a diagram for explaining a setting example of the polarization state of the peripheral surface light source and the central surface light source in the pentapolar illumination of the second embodiment. In the case of pentapolar illumination, as shown in FIG. 17, there are four peripheral surfaces at each vertex of a square (or rectangle) having sides along the pitch direction of the line and space pattern 51 formed on the mask. The light source 41d is formed, and the polarization state of the light beam passing through the four peripheral surface light sources 41d is set to a linear polarization state having a polarization plane (indicated by a double arrow in the figure) in a direction orthogonal to the pitch direction of the pattern 51, for example. To do. Further, the polarization state of the light beam passing through the center plane light source 41a with the optical axis AX as the center is set to, for example, a non-polarization state.

この場合、ライン・アンド・スペース・パターン51に適した4極照明(4つの周辺面光源41dからの光束によるマスクの照明)と、孤立パターン52に適した小σ照明(中心面光源41aからの光束によるマスクの照明)との組み合わせからなる5極照明により、投影光学系の結像性能の向上を図りつつ忠実なパターン転写を実現することができる。なお、5極照明において、中心面光源41aを通過する光束の偏光状態を、所望する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。また、4つの周辺面光源41dを通過する光束の偏光状態を、所望する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。特に、4つの周辺面光源41dを通過する光束の偏光状態を、たとえば周辺面光源41dの間隔方向と45度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。   In this case, quadrupole illumination suitable for the line and space pattern 51 (mask illumination by light beams from the four peripheral surface light sources 41d) and small σ illumination suitable for the isolated pattern 52 (from the central surface light source 41a). By using the five-pole illumination in combination with the illumination of the mask by the luminous flux, it is possible to realize faithful pattern transfer while improving the imaging performance of the projection optical system. Note that, in pentapolar illumination, the polarization state of the light beam passing through the center plane light source 41a can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a desired direction. Also, the polarization state of the light beam passing through the four peripheral surface light sources 41d can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a desired direction. In particular, the polarization state of the light beam passing through the four peripheral surface light sources 41d can be set to a linear polarization state having a polarization surface in a direction that forms an angle of 45 degrees with the interval direction of the peripheral surface light sources 41d, for example.

また、各周辺面光源41dを通過する光束の偏光状態を、それぞれ所望する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。典型的には、図18に示すように、4つの周辺面光源のうち、光軸AXを挟んで対向する一方の対の周辺面光源41d1および41d3を通過する光束の偏光状態を、周辺面光源41d1と41d3との間隔方向と45度の角度をなす同一方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定し、光軸AXを挟んで対向する他方の対の周辺面光源41d2および41d4を通過する光束の偏光状態を、周辺面光源41d1および41d3を通過する直線偏光の偏光面方向と直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。ただし、図18に示す偏光状態を実現するには、図15に示す輪帯状の1/2波長板14に代えて、一方の対の周辺面光源41d1および41d3に向かう光束の光路中に第1の1/2波長板を設けると共に、他方の対の周辺面光源41d2および41d4に向かう光束の光路中に第2の1/2波長板を設ける必要がある。   Further, the polarization state of the light beam passing through each peripheral surface light source 41d can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a desired direction. Typically, as shown in FIG. 18, among the four peripheral surface light sources, the polarization state of the light beam passing through one pair of peripheral surface light sources 41d1 and 41d3 facing each other across the optical axis AX is expressed as a peripheral surface light source. A light beam passing through the other pair of peripheral surface light sources 41d2 and 41d4 facing each other across the optical axis AX is set in a linear polarization state having a polarization plane in the same direction that forms an angle of 45 degrees with the interval direction between 41d1 and 41d3. Can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a direction orthogonal to the polarization plane direction of the linear polarization passing through the peripheral surface light sources 41d1 and 41d3. However, in order to realize the polarization state shown in FIG. 18, in place of the ring-shaped half-wave plate 14 shown in FIG. 15, the first light path of the light beam directed to one pair of peripheral surface light sources 41d1 and 41d3 is used. And a second half-wave plate must be provided in the optical path of the light beam toward the other pair of peripheral surface light sources 41d2 and 41d4.

図19は、第2実施形態の9極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。9極照明の場合、図19に示すように、マスクに形成されたライン・アンド・スペース・パターン51aのピッチ方向に沿った辺を有する正方形(または長方形)の各頂点の位置に4つの内側周辺面光源41eを形成し、この4つの内側周辺面光源41eを通過する光束の偏光状態を、たとえばパターン51aのピッチ方向と直交する方向に偏光面(図中両方向矢印で示す)を有する直線偏光状態に設定する。また、4つの外側周辺面光源41fを通過する光束の偏光状態を、4つの内側周辺面光源41eを通過する直線偏光の偏光面方向と直交する方向に偏光面(図中両方向矢印で示す)を有する直線偏光状態に設定する。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of setting the polarization states of the peripheral surface light source and the central surface light source in the nine-pole illumination according to the second embodiment. In the case of nine-pole illumination, as shown in FIG. 19, there are four inner peripheries at the positions of each vertex of a square (or rectangle) having sides along the pitch direction of the line and space pattern 51a formed on the mask. A linear polarization state in which the surface light source 41e is formed and the polarization state of the light beam passing through the four inner peripheral surface light sources 41e has a polarization plane (indicated by a double-headed arrow in the figure) in a direction orthogonal to the pitch direction of the pattern 51a, for example. Set to. The polarization state of the light beam passing through the four outer peripheral surface light sources 41f is changed to a polarization plane (indicated by a double arrow in the figure) in a direction perpendicular to the polarization plane direction of the linearly polarized light passing through the four inner peripheral surface light sources 41e. The linear polarization state is set.

また、光軸AXを中心とした中心面光源41aを通過する光束の偏光状態を、たとえば非偏光状態に設定する。この場合、ライン・アンド・スペース・パターン51aに適した4極照明(4つの内側周辺面光源41eからの光束によるマスクの照明)と、パターン51aよりも微細で且つパターン51aのピッチ方向と直交するピッチ方向を有するライン・アンド・スペース・パターン51bに適した4極照明(4つの外側周辺面光源41fからの光束によるマスクの照明)と、孤立パターン52に適した小σ照明(中心面光源41aからの光束によるマスクの照明)との組み合わせからなる9極照明により、投影光学系の結像性能の向上を図りつつ忠実なパターン転写を実現することができる。   Further, the polarization state of the light beam passing through the center plane light source 41a with the optical axis AX as the center is set to, for example, a non-polarization state. In this case, quadrupole illumination suitable for the line and space pattern 51a (illumination of the mask by the light flux from the four inner peripheral surface light sources 41e) is finer than the pattern 51a and orthogonal to the pitch direction of the pattern 51a. Quadrupole illumination suitable for the line-and-space pattern 51b having the pitch direction (mask illumination by light beams from the four outer peripheral surface light sources 41f) and small σ illumination suitable for the isolated pattern 52 (center surface light source 41a) The nine-pole illumination that is combined with the illumination of the mask by the luminous flux of the light beam can realize faithful pattern transfer while improving the imaging performance of the projection optical system.

なお、9極照明において、中心面光源41aを通過する光束の偏光状態を、所望する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。また、4つの内側周辺面光源41eを通過する光束の偏光状態、および4つの外側周辺面光源41fを通過する光束の偏光状態を、それぞれ所望する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。特に、4つの内側周辺面光源41eを通過する光束の偏光状態および4つの外側周辺面光源41fを通過する光束の偏光状態を、たとえば周辺面光源の間隔方向と45度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。   In the nine-pole illumination, the polarization state of the light beam passing through the center plane light source 41a can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a desired direction. Further, the polarization state of the light beam passing through the four inner peripheral surface light sources 41e and the polarization state of the light beam passing through the four outer peripheral surface light sources 41f are set to linear polarization states having polarization surfaces in desired directions, respectively. You can also. In particular, the polarization state of the light beam passing through the four inner peripheral surface light sources 41e and the polarization state of the light beam passing through the four outer peripheral surface light sources 41f are polarized in a direction that forms an angle of 45 degrees with the interval direction of the peripheral light sources, for example. It can also be set to a linear polarization state with a plane.

典型的には、図20に示すように、4つの内側周辺面光源のうち、光軸AXを挟んで対向する一方の対の内側周辺面光源41e1および41e3を通過する光束の偏光状態を、内側周辺面光源41e1と41e3との間隔方向と45度の角度をなす同一方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定し、光軸AXを挟んで対向する他方の対の内側周辺面光源41e2および41e4を通過する光束の偏光状態を、内側周辺面光源41e1および41e3を通過する直線偏光の偏光面方向と直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。   Typically, as shown in FIG. 20, among the four inner peripheral surface light sources, the polarization state of the light beam passing through one pair of inner peripheral surface light sources 41e1 and 41e3 facing each other across the optical axis AX is changed to the inner side. The other pair of inner peripheral surface light sources 41e2 and 41e4 are set in a linear polarization state having a polarization surface in the same direction that forms an angle of 45 degrees with the interval direction between the peripheral surface light sources 41e1 and 41e3 and are opposed to each other with the optical axis AX interposed therebetween. Can be set to a linear polarization state having a polarization plane in a direction orthogonal to the polarization plane direction of the linear polarization passing through the inner peripheral surface light sources 41e1 and 41e3.

同様に、4つの外側周辺面光源のうち、光軸AXを挟んで対向する一方の対の外側周辺面光源41f1および41f3を通過する光束の偏光状態を、外側周辺面光源41f1と41f3との間隔方向と45度の角度をなす同一方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定し、光軸AXを挟んで対向する他方の対の外側周辺面光源41f2および41f4を通過する光束の偏光状態を、外側周辺面光源41f1および41f3を通過する直線偏光の偏光面方向と直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。   Similarly, of the four outer peripheral surface light sources, the polarization state of the light beam passing through one pair of outer peripheral surface light sources 41f1 and 41f3 facing each other with the optical axis AX interposed therebetween is expressed as the distance between the outer peripheral surface light sources 41f1 and 41f3. The polarization state of the light beam passing through the other pair of outer peripheral surface light sources 41f2 and 41f4 facing each other across the optical axis AX is set to a linear polarization state having a polarization plane in the same direction that forms an angle of 45 degrees with the direction. A linear polarization state having a polarization plane in a direction orthogonal to the polarization plane direction of the linear polarization passing through the outer peripheral surface light sources 41f1 and 41f3 can also be set.

ただし、図19に示す偏光状態を実現するには、図21に示すように、図15に示すプリズム対6に代えて2段式プリズム対60を配置し(あるいはプリズム対6をそのまま用いて)、図15に示す輪帯状の1/2波長板14に代えて、内側周辺面光源41eに向かう光束31eの光路中に光軸AXを中心として回転可能な第1の輪帯状の1/2波長板14aを設けると共に、外側周辺面光源41fに向かう光束31fの光路中に光軸AXを中心として回転可能な第2の輪帯状の1/2波長板14bを設ける必要がある。   However, in order to realize the polarization state shown in FIG. 19, as shown in FIG. 21, a two-stage prism pair 60 is arranged instead of the prism pair 6 shown in FIG. 15 (or the prism pair 6 is used as it is). , Instead of the annular half-wave plate 14 shown in FIG. 15, the first annular half-wave that can rotate about the optical axis AX in the optical path of the light beam 31 e toward the inner peripheral surface light source 41 e. In addition to providing the plate 14a, it is necessary to provide a second annular half-wave plate 14b that can be rotated about the optical axis AX in the optical path of the light beam 31f toward the outer peripheral surface light source 41f.

あるいは、図22に示すように、図21の第1の輪帯状の1/2波長板14aに代えて、中心面光源41aに向かう光束31aおよび内側周辺面光源41eに向かう光束31eの光路中に光軸AXを中心として回転可能な第1の円形状の1/2波長板14cを設けると共に、図21の第2の輪帯状の1/2波長板14bに代えて、中心面光源41aに向かう光束31a、内側周辺面光源41eに向かう光束31eおよび外側周辺面光源41fに向かう光束31fの光路中に光軸AXを中心として回転可能な第2の円形状の1/2波長板14dを設ける構成も可能である。   Alternatively, as shown in FIG. 22, in place of the first annular half-wave plate 14a of FIG. 21, in the optical path of the light beam 31a toward the center surface light source 41a and the light beam 31e toward the inner peripheral surface light source 41e. A first circular half-wave plate 14c that can be rotated about the optical axis AX is provided, and instead of the second annular half-wave plate 14b in FIG. A configuration in which a second circular half-wave plate 14d that can rotate around the optical axis AX is provided in the optical path of the light beam 31a, the light beam 31e toward the inner peripheral surface light source 41e, and the light beam 31f toward the outer peripheral surface light source 41f. Is also possible.

図22の構成では、内側周辺面光源41eを通過する光束の偏光状態および外側周辺面光源41fを通過する光束の偏光状態を、ともに横偏光状態または縦偏光状態に設定することができる。また、内側周辺面光源41eを通過する光束の偏光状態を横偏光状態に設定し、外側周辺面光源41fを通過する光束の偏光状態を縦偏光状態に設定することもできる。また、内側周辺面光源41eを通過する光束の偏光状態を縦偏光状態に設定し、外側周辺面光源41fを通過する光束の偏光状態を横偏光状態に設定することもできる。   In the configuration of FIG. 22, both the polarization state of the light beam passing through the inner peripheral surface light source 41e and the polarization state of the light beam passing through the outer peripheral surface light source 41f can be set to the horizontal polarization state or the vertical polarization state. Alternatively, the polarization state of the light beam passing through the inner peripheral surface light source 41e can be set to the lateral polarization state, and the polarization state of the light beam passing through the outer peripheral surface light source 41f can be set to the vertical polarization state. Alternatively, the polarization state of the light beam passing through the inner peripheral surface light source 41e can be set to a longitudinal polarization state, and the polarization state of the light beam passing through the outer peripheral surface light source 41f can be set to a lateral polarization state.

一方、図20に示す偏光状態を実現するには、図15に示すプリズム対6に代えて2段式プリズム対60を配置し(あるいはプリズム対6をそのまま用いて)、図15に示す輪帯状の1/2波長板14に代えて、一方の対の内側周辺面光源41e1および41e3に向かう光束の光路中に第1の1/2波長板を設け、他方の対の内側周辺面光源41e2および41e4に向かう光束の光路中に第2の1/2波長板を設け、一方の対の外側周辺面光源41f1および41f3に向かう光束の光路中に第3の1/2波長板を設け、他方の対の外側周辺面光源41f2および41f4に向かう光束の光路中に第4の1/2波長板を設ける必要がある。   On the other hand, in order to realize the polarization state shown in FIG. 20, a two-stage prism pair 60 is arranged in place of the prism pair 6 shown in FIG. 15 (or the prism pair 6 is used as it is), and the annular shape shown in FIG. In place of the half-wave plate 14, a first half-wave plate is provided in the optical path of the light beam directed to one pair of inner peripheral surface light sources 41 e 1 and 41 e 3, and the other pair of inner peripheral surface light sources 41 e 2 and 41 e 2 A second half-wave plate is provided in the optical path of the light beam toward 41e4, a third half-wave plate is provided in the optical path of the light beam toward one pair of outer peripheral surface light sources 41f1 and 41f3, and the other It is necessary to provide a fourth half-wave plate in the optical path of the light beam toward the pair of outer peripheral surface light sources 41f2 and 41f4.

以上のように、第2実施形態では、1/2波長板14および偏角プリズム組立体15は、光軸AXを中心とした中心面光源(一般には瞳面またはその近傍において光軸を含む中心領域としての第1領域)を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、光軸AXから間隔を隔てた周辺面光源(一般には瞳面またはその近傍において光軸から間隔を隔てた1つまたは複数の周辺領域としての第2領域)を通過する光束を直線偏光状態(一般には偏光状態)に設定するための偏光設定手段を構成している。   As described above, in the second embodiment, the half-wave plate 14 and the declination prism assembly 15 are center plane light sources centered on the optical axis AX (generally, the center including the optical axis at or near the pupil plane). The light beam passing through the first region as a region is set to a non-polarized state, and a peripheral surface light source spaced from the optical axis AX (generally, one spaced from the optical axis at or near the pupil plane or Polarization setting means for setting a light beam passing through a plurality of second regions (peripheral regions) to a linear polarization state (generally a polarization state) is configured.

また、別の観点によれば、1/2波長板14および偏角プリズム組立体15は、光軸AXから間隔を隔てた周辺面光源(一般には瞳面またはその近傍において光軸から間隔を隔てた1つまたは複数の周辺領域としての第2領域)を通過する光束の偏光状態を、光軸AXを中心とした中心面光源(一般には瞳面またはその近傍において光軸を含む中心領域としての第1領域)を通過する光束の偏光状態とは独立に変更するための偏光状態変更手段を構成している。この偏光状態変更手段(14,15)は、たとえば光軸AXを中心とした中心面光源(第1領域)を通過する光束の状態を非偏光状態と直線偏光状態との間で変更する。   Further, according to another aspect, the half-wave plate 14 and the declination prism assembly 15 are separated from the optical axis at a peripheral surface light source (generally at or near the pupil plane) spaced from the optical axis AX. The polarization state of the light beam passing through one or more second regions as a peripheral region is determined as a center plane light source centered on the optical axis AX (generally as a central region including the optical axis at or near the pupil plane). Polarization state changing means for changing the polarization state of the light beam passing through the first region) independently of each other is configured. The polarization state changing means (14, 15) changes, for example, the state of the light beam passing through the central surface light source (first region) centered on the optical axis AX between the non-polarized state and the linearly polarized state.

また、この偏光状態変更手段(14,15)は、たとえば光軸AXから間隔を隔てた周辺面光源(第2領域)を通過する光束の偏光状態を互いに異なる方向に偏光面を有する2つの直線偏光状態の間で変更する。その結果、第2実施形態では、周辺面光源の位置および大きさに関して多様性に富んだ3極照明、5極照明および9極照明を実現することができるという第1実施形態の効果に加えて、周辺面光源および中心面光源の偏光状態(非偏光状態を含む)に関して多様性に富んだ3極照明、5極照明および9極照明を実現することができる。   Further, the polarization state changing means (14, 15) has two linear lines having polarization planes in different directions, for example, with respect to the polarization state of the light beam passing through the peripheral surface light source (second region) spaced from the optical axis AX. Change between polarization states. As a result, in the second embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, it is possible to realize a three-pole illumination, a five-pole illumination, and a nine-pole illumination that are rich in diversity with respect to the position and size of the peripheral surface light source. The three-pole illumination, the five-pole illumination, and the nine-pole illumination that are rich in the polarization states (including the non-polarized state) of the peripheral surface light source and the central surface light source can be realized.

なお、上述の第2実施形態において、Z方向3極照明用の回折光学素子3に代えて輪帯照明用の回折光学素子を照明光路中に設定するとともに、プリズム対6に代えて屈折面が平面状の中央部を有することなく1つの円錐部だけを有するプリズム対(以下、「円錐プリズム対」という)を用いることによって、輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸AXを中心とする円形状の光強度分布を形成する機能を有する。   In the second embodiment described above, a diffractive optical element for annular illumination is set in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 3 for Z-direction tripolar illumination, and a refractive surface is used instead of the prism pair 6. By using a prism pair having only one conical portion without having a flat central portion (hereinafter referred to as “conical prism pair”), annular illumination can be performed. The diffractive optical element for annular illumination has a function of forming, for example, a circular light intensity distribution around the optical axis AX in the far field when a parallel light beam is incident.

したがって、輪帯照明用の回折光学素子を介した光束は、アフォーカルレンズ4の瞳面に、光軸AXを中心とする円形状の光強度分布を形成する。そして、円錐プリズム対の間隔に応じて、マイクロレンズアレイ8の入射面には光軸AXを中心とする輪帯状の照野が形成される。その結果、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面(照明光学装置の瞳面またはその近傍)には、図23(a)に示すように、光軸AXを中心とする輪帯状の実質的な面光源35が形成される。   Accordingly, the light beam that has passed through the diffractive optical element for annular illumination forms a circular light intensity distribution around the optical axis AX on the pupil plane of the afocal lens 4. And according to the space | interval of a conical prism pair, the annular illumination field centering on the optical axis AX is formed in the entrance plane of the micro lens array 8. FIG. As a result, on the rear focal plane of the microlens array 8 (the pupil plane of the illumination optical device or its vicinity), as shown in FIG. 23A, a substantial annular zone with the optical axis AX as the center. A light source 35 is formed.

通常、輪帯状の面光源を通過する光束は、その全体に亘って一定の偏光状態(非偏光状態を含む)を有する。これに対し、図23(a)に示す輪帯状の面光源35は、光軸AXを中心とする円の周方向に沿って複数(図23では8つ)の領域35a〜35hを有し、各領域35a〜35hを通過する光束の偏光状態が、各領域35a〜35hの中心において上記円にほぼ接する方向に沿った偏光面(図中両方向矢印で示す)を有する直線偏光状態に設定されている。   Usually, a light beam passing through a ring-shaped surface light source has a constant polarization state (including a non-polarization state) over the whole. On the other hand, the ring-shaped surface light source 35 shown in FIG. 23A has a plurality (eight in FIG. 23) of regions 35a to 35h along the circumferential direction of the circle centered on the optical axis AX. The polarization state of the light beam passing through each of the regions 35a to 35h is set to a linear polarization state having a polarization plane (indicated by a double-headed arrow in the figure) along a direction substantially in contact with the circle at the center of each of the regions 35a to 35h. Yes.

図23(a)に示す偏光状態を実現するには、図15に示す輪帯状の1/2波長板14および偏角プリズム組立体15に代えて、たとえば図23(b)に示す位相部材組立体16を光路中に設定する必要がある。ここで、位相部材16は、輪帯状の面光源35を構成する8つの領域35a〜35hに対応する8つの位相部材16a〜16hを有し、各位相部材16a〜16hは入射する直線偏光の光の偏光面を必要に応じて変化させる。具体的には、図中水平方向に偏光面を有する直線偏光すなわち横偏光の光が位相部材16に入射する場合、位相部材16aおよび16eは図中水平方向に対して0度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する1/2波長板により形成されている。   In order to realize the polarization state shown in FIG. 23A, for example, the phase member assembly shown in FIG. 23B is used instead of the annular half-wave plate 14 and the declination prism assembly 15 shown in FIG. It is necessary to set the solid 16 in the optical path. Here, the phase member 16 has eight phase members 16a to 16h corresponding to the eight regions 35a to 35h constituting the annular surface light source 35, and each phase member 16a to 16h is incident linearly polarized light. The plane of polarization is changed as necessary. Specifically, when linearly polarized light having a plane of polarization in the horizontal direction in the drawing, that is, horizontally polarized light is incident on the phase member 16, the phase members 16a and 16e form a direction that forms an angle of 0 degrees with respect to the horizontal direction in the drawing. Are formed by a half-wave plate having a crystal optical axis.

また、位相部材16cおよび16gは図中水平方向に対して45度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する1/2波長板により形成されている。また、位相部材16bおよび16fは図中水平方向に対して反時計廻りに22.5度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する1/2波長板により形成されている。また、位相部材16dおよび16hは図中水平方向に対して時計廻りに22.5度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する1/2波長板により形成されている。   The phase members 16c and 16g are formed of half-wave plates having a crystal optical axis in a direction forming an angle of 45 degrees with respect to the horizontal direction in the drawing. The phase members 16b and 16f are formed of half-wave plates having crystal optical axes in a direction that forms an angle of 22.5 degrees counterclockwise with respect to the horizontal direction in the drawing. The phase members 16d and 16h are formed of half-wave plates having a crystal optical axis in a direction that makes an angle of 22.5 degrees clockwise with respect to the horizontal direction in the drawing.

この構成により、マスクMまたはウェハW上に照射される光をS偏光を主成分とする偏光状態に設定することが可能である。なお、位相部材組立体16よりもウェハW側の光学系(照明光学系や投影光学系)が偏光収差(リターデーション)を有している場合には、この偏光収差(リターデーション)に起因して偏光方向が変わることがある。この場合には、これらの光学系の偏光収差の影響を考慮した上で、位相部材組立体16により偏光面を変化させる状態を設定すれば良い。また、位相部材組立体16よりもウェハW側の光学系(照明光学系や投影光学系)中に反射部材が配置されている場合、当該反射部材において反射光が偏光方向ごとに位相差を有することがある。この場合においても、反射面の偏光特性に起因する光束の位相差を考慮した上で、位相部材組立体16により偏光面を変化させる状態を設定すれば良い。ここで、上述の事項は、図23に示した変形例だけではなく、第1実施形態および第2実施形態にも適用することができる。なお、図23に示した変形例において、円周方向に偏光面を持つ輪帯状の面光源35に加えて、光軸AXを中心とする円形状の中心面光源を形成するようにしても良い。   With this configuration, the light irradiated onto the mask M or the wafer W can be set to a polarization state mainly composed of S-polarized light. If the optical system (illumination optical system or projection optical system) on the wafer W side with respect to the phase member assembly 16 has polarization aberration (retardation), it is caused by this polarization aberration (retardation). The polarization direction may change. In this case, the state in which the polarization plane is changed by the phase member assembly 16 may be set in consideration of the influence of the polarization aberration of these optical systems. Further, when a reflecting member is disposed in the optical system (illumination optical system or projection optical system) on the wafer W side of the phase member assembly 16, the reflected light has a phase difference for each polarization direction in the reflecting member. Sometimes. Even in this case, the phase member assembly 16 may set the state of changing the polarization plane in consideration of the phase difference of the light beam caused by the polarization characteristics of the reflection plane. Here, the above-described matters can be applied not only to the modification shown in FIG. 23 but also to the first embodiment and the second embodiment. In the modification shown in FIG. 23, a circular center surface light source having the optical axis AX as the center may be formed in addition to the annular surface light source 35 having a polarization plane in the circumferential direction. .

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク(レチクル)を照明し(照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する(露光工程)ことにより、マイクロデバイス(半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図24のフローチャートを参照して説明する。   In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the illumination optical device illuminates the mask (reticle) (illumination process), and the projection optical system is used to expose the transfer pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate (exposure). Step), a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Refer to the flowchart of FIG. 24 for an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the above-described embodiment. To explain.

先ず、図24のステップ301において、1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ302において、そのlロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ303において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ304において、その1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ305において、その1ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。   First, in step 301 of FIG. 24, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the lot of wafers. Thereafter, in step 303, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot through the projection optical system using the exposure apparatus of the above-described embodiment. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

また、上述の実施形態の露光装置では、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図25のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図25において、パターン形成工程401では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板(レジストが塗布されたガラス基板等)に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程402へ移行する。   In the exposure apparatus of the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 25, in a pattern forming process 401, a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of the above-described embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist). . By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.

次に、カラーフィルター形成工程402では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応した3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立て工程403では、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。   Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like.

セル組み立て工程403では、例えば、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル(液晶セル)を製造する。その後、モジュール組み立て工程404にて、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。   In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ). Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

なお、上述の実施形態では、露光光としてKrFエキシマレーザ光(波長:248nm)やArFエキシマレーザ光(波長:193nm)を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長157nmのレーザ光を供給するF2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。 In the above-described embodiment, KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) is used as the exposure light. However, the present invention is not limited to this, and other appropriate laser light sources are used. For example, the present invention can also be applied to an F 2 laser light source that supplies laser light having a wavelength of 157 nm. Further, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking the projection exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus as an example, but the present invention is applied to a general illumination optical apparatus for illuminating an irradiated surface other than the mask. Obviously it can be done.

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を1.1よりも大きな屈折率を有する媒体(典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号WO99/49504号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平6−124873号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平10−303114号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。   In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a method of filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a method of locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined depth on a stage as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114. A technique of forming a liquid tank and holding the substrate in the liquid tank can be employed.

なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばKrFエキシマレーザ光やArFエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてF2レーザ光を用いる場合は、液体としてはF2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル(PFPE)等のフッ素系の液体を用いればよい。 As the liquid, it is preferable to use a liquid that is transmissive to exposure light and has a refractive index as high as possible, and is stable with respect to a photoresist applied to the projection optical system and the substrate surface, for example, KrF excimer laser light. When ArF excimer laser light is used as exposure light, pure water or deionized water can be used as the liquid. When F 2 laser light is used as exposure light, a fluorine-based liquid such as fluorine oil or perfluorinated polyether (PFPE) that can transmit the F 2 laser light may be used as the liquid.

本発明の第1実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical apparatus according to a first embodiment of the present invention. 瞳面に形成されるZ方向3極状の二次光源およびX方向3極状の二次光源を示す図である。It is a figure which shows the Z direction tripolar secondary light source and X direction tripolar secondary light source which are formed in a pupil surface. アフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置されたプリズム対の構成および動作を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure and operation | movement of a prism pair arrange | positioned in the optical path between the front side lens group and back side lens group of an afocal lens. Z方向3極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the prism pair with respect to a Z direction tripolar secondary light source. Z方向3極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the zoom lens with respect to a Z direction tripolar secondary light source. X方向3極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the prism pair with respect to the X direction tripolar secondary light source. X方向3極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the zoom lens with respect to the X direction tripolar secondary light source. 瞳面に形成される5極状の二次光源および9極状の二次光源を示す図である。It is a figure which shows the pentapolar secondary light source and 9 pole secondary light source which are formed in a pupil surface. 5極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the prism pair with respect to a pentapolar secondary light source. 5極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the zoom lens with respect to a pentapolar secondary light source. 9極照明用の2段式プリズム対の構成および動作を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure and operation | movement of a two-stage prism pair for 9 pole illumination. 9極状の二次光源に対する2段式プリズム対の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the 2 step | paragraph type prism pair with respect to a 9 pole secondary light source. 中央部の面積が異なる交換可能なプリズム対の例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the example of the exchangeable prism pair from which the area of a center part differs. 本発明の第2実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の要部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the principal part structure of 2nd Embodiment. 第2実施形態の3極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a setting of the polarization state of the peripheral surface light source and center surface light source in the tripolar illumination of 2nd Embodiment. 第2実施形態の5極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a setting of the polarization state of the peripheral surface light source and center surface light source in the pentode illumination of 2nd Embodiment. 第2実施形態の5極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態のもう1つの設定例を説明する図である。It is a figure explaining another example of a setting of the polarization state of a peripheral surface light source and a central surface light source in pentode illumination of a 2nd embodiment. 第2実施形態の9極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a setting of the polarization state of the peripheral surface light source and center surface light source in 9 pole illumination of 2nd Embodiment. 第2実施形態の9極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態のもう1つの設定例を説明する図である。It is a figure explaining another example of the setting of the polarization state of the peripheral surface light source and center surface light source in 9 pole illumination of 2nd Embodiment. 図19の偏光状態を実現するための要部構成の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of a principal part structure for implement | achieving the polarization state of FIG. 図19の偏光状態を実現するための要部構成の別の例を概略的に示す図である。FIG. 20 is a diagram schematically showing another example of the configuration of the main part for realizing the polarization state of FIG. 19. 第2実施形態の輪帯照明における偏光状態の設定例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a setting of the polarization state in the annular illumination of 2nd Embodiment. マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。It is a flowchart of the method at the time of obtaining the semiconductor device as a microdevice. マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。It is a flowchart of the method at the time of obtaining the liquid crystal display element as a microdevice.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
3 回折光学素子
4 アフォーカルレンズ
6 プリズム対(アキシコン系)
7 ズームレンズ
8 マイクロレンズアレイ
9 コンデンサー光学系
10 マスクブラインド
11 結像光学系
12 1/4波長板
13 1/2波長板
14 1/2波長板
15 偏光解消素子
15a 水晶偏角プリズム
15b 石英偏角プリズム
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ
1 Light Source 3 Diffractive Optical Element 4 Afocal Lens 6 Prism Pair (Axicon System)
7 Zoom lens 8 Micro lens array 9 Condenser optical system 10 Mask blind 11 Imaging optical system 12 1/4 wavelength plate 13 1/2 wavelength plate 14 1/2 wavelength plate 15 Depolarization element 15a Quartz deflection prism 15b Quartz deflection angle Prism M Mask PL Projection optical system W Wafer

Claims (36)

被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、光軸を含む中心領域に位置する光強度分布と前記光軸から間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記複数の周辺領域に位置する光強度分布の位置および大きさを前記中心領域に位置する光強度分布とは独立して変更するための領域変更手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
An illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in a central region including an optical axis and a light intensity distribution located in a plurality of peripheral regions spaced from the optical axis on or near the pupil plane of the illumination optical device. Illumination pupil forming means for forming;
Illumination optics comprising: area changing means for changing the position and size of the light intensity distribution located in the plurality of peripheral areas independently of the light intensity distribution located in the central area. apparatus.
前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域に対応する中心光束と前記複数の周辺領域にそれぞれ対応する複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段に入射させるための光束変換素子を有することを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。 The illumination pupil forming unit converts the incident light beam into a central light beam corresponding to the central region and a plurality of peripheral light beams respectively corresponding to the plurality of peripheral regions and makes the light beam conversion element enter the region changing unit. The illumination optical apparatus according to claim 1, comprising: 前記領域変更手段は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとを有し、
前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成され、
前記屈折面は、前記光軸とほぼ直交する平面状の中央部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の照明光学装置。
The region changing means includes a first prism having a refracting surface having a concave cross section, and a second prism having a refracting surface having a convex cross section formed substantially complementary to the refractive surface of the concave section of the first prism. Have
An interval between the first prism and the second prism is configured to be variable,
3. The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein the refractive surface has a planar center portion substantially orthogonal to the optical axis.
前記屈折面は、前記中央部と、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部とを有することを特徴とする請求項3に記載の照明光学装置。 The illumination optical apparatus according to claim 3, wherein the refractive surface includes the central portion and a peripheral cone portion corresponding to a side surface of a cone centered on the optical axis. 前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする1つの円錐体の側面に対応する1つの周辺円錐部を有することを特徴とする請求項4に記載の照明光学装置。 The illumination optical device according to claim 4, wherein the peripheral cone portion includes one peripheral cone portion corresponding to a side surface of one cone having the optical axis as a center. 前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする第1円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部と、前記光軸を中心とし且つ前記第1円錐体よりも小さな頂角を有する第2円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部とを有することを特徴とする請求項4に記載の照明光学装置。 The peripheral cone includes an inner peripheral cone corresponding to a side surface of the first cone centered on the optical axis, and a second cone centered on the optical axis and having a smaller apex angle than the first cone. The illumination optical device according to claim 4, further comprising an outer peripheral cone corresponding to a side surface of the body. 前記領域変更手段は、交換可能な前記第1プリズムと前記第2プリズムとの組を複数個有し、各組毎に前記中央部の面積が異なることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載の照明光学装置。 7. The area changing unit according to claim 3, wherein the region changing unit includes a plurality of exchangeable pairs of the first prism and the second prism, and the area of the central portion is different for each set. The illumination optical device according to claim 1. 被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第1領域を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、前記第2領域を通過する光束を偏光状態に設定するための偏光設定手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region and a light intensity distribution located in the second region on or near the pupil plane of the illumination optical device;
An illumination optical apparatus comprising: a polarization setting unit configured to set a light beam passing through the first region to a non-polarized state and set a light beam passing through the second region to a polarization state.
前記第1領域は、光軸を含む中心領域を有し、
前記第2領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有することを特徴とする請求項8に記載の照明光学装置。
The first region has a central region including an optical axis,
The illumination optical apparatus according to claim 8, wherein the second region has a peripheral region spaced from the optical axis.
前記第2領域は、第1方向に沿って前記光軸に関してほぼ対称に配置された2つの周辺領域を有し、
前記偏光設定手段は、前記2つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。
The second region has two peripheral regions arranged substantially symmetrically with respect to the optical axis along the first direction;
The polarization setting unit sets a polarization state of a light beam passing through the two peripheral regions to a linear polarization state having a polarization plane in a direction substantially orthogonal to the first direction. Illumination optical device.
前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの周辺領域を有し、
前記偏光設定手段は、前記4つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向または前記第2方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。
The second region has four peripheral regions arranged at the positions of the vertices of a rectangular quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. Have
The polarization setting means sets a polarization state of a light beam passing through the four peripheral regions to a linear polarization state having a polarization plane in the first direction or the second direction. Illumination optical device.
前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの周辺領域を有し、
前記偏光設定手段は、前記4つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向または前記第2方向とほぼ45度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。
The second region has four peripheral regions arranged at the positions of the vertices of a rectangular quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. Have
The polarization setting means sets a polarization state of a light beam passing through the four peripheral regions to a linear polarization state having a polarization plane in a direction that forms an angle of approximately 45 degrees with the first direction or the second direction. The illumination optical apparatus according to claim 9.
前記偏光設定手段は、前記4つの周辺領域のうち、前記光軸を挟んで対向する一方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ45度の角度をなす第3方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記光軸を挟んで対向する他方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ45度の角度をなし且つ前記第3方向とほぼ直交する第4方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項12に記載の照明光学装置。 The polarization setting means is configured to change a polarization state of a light beam passing through one pair of peripheral regions facing each other with the optical axis between the four peripheral regions at an angle of approximately 45 degrees with the first direction. The linear polarization state having the polarization plane in three directions is set, and the polarization state of the light beam passing through the other pair of peripheral regions facing each other across the optical axis is at an angle of approximately 45 degrees with the first direction. 13. The illumination optical apparatus according to claim 12, wherein the illumination optical apparatus is set to a linear polarization state having a polarization plane in a fourth direction substantially orthogonal to the third direction. 前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の第1四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの内側周辺領域と、前記第1方向に沿った辺と前記第2方向に沿った辺とを有し且つ前記第1四角形を包囲する矩形状の第2四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの外側周辺領域とを有し、
前記偏光設定手段は、前記4つの内側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向または前記第2方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記4つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第2方向または前記第1方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。
The second region is arranged in four positions arranged at the vertices of each rectangular first quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. An inner peripheral region, a side along the first direction and a side along the second direction, and arranged at the position of each vertex of a rectangular second quadrangle surrounding the first quadrangle Four outer peripheral regions,
The polarization setting means sets a polarization state of a light beam passing through the four inner peripheral regions to a linear polarization state having a polarization plane in the first direction or the second direction, and sets the four outer peripheral regions. The illumination optical apparatus according to claim 9, wherein a polarization state of a light beam passing therethrough is set to a linear polarization state having a polarization plane in the second direction or the first direction.
前記第2領域は、第1方向に沿った辺と該第1方向とほぼ直交する第2方向に沿った辺とを有する矩形状の第1四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの内側周辺領域と、前記第1方向に沿った辺と前記第2方向に沿った辺とを有し且つ前記第1四角形を包囲する矩形状の第2四角形の各々の頂点の位置に配置された4つの外側周辺領域とを有し、
前記偏光設定手段は、前記4つの内側周辺領域および前記4つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1方向とほぼ45度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。
The second region is arranged in four positions arranged at the vertices of each rectangular first quadrilateral having a side along the first direction and a side along the second direction substantially orthogonal to the first direction. An inner peripheral region, a side along the first direction and a side along the second direction, and arranged at the position of each vertex of a rectangular second quadrangle surrounding the first quadrangle Four outer peripheral regions,
The polarization setting means changes the polarization state of the light beam passing through the four inner peripheral regions and the four outer peripheral regions into a linear polarization state having a polarization plane in a direction that forms an angle of approximately 45 degrees with the first direction. The illumination optical apparatus according to claim 9, wherein the illumination optical apparatus is set.
前記偏光設定手段は、前記第1領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有することを特徴とする請求項8乃至15のいずれか1項に記載の照明光学装置。 16. The depolarization element according to claim 8, wherein the polarization setting unit includes a depolarizing element for depolarizing a linearly polarized light beam toward the first region as necessary. Illumination optical device. 前記偏光設定手段は、前記第2領域ヘ向かう直線偏光の光束の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を有することを特徴とする請求項8乃至16のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The said polarization setting means has a phase member for changing the polarization plane of the linearly-polarized light beam which goes to the said 2nd area | region as needed, The any one of Claim 8 thru | or 16 characterized by the above-mentioned. Illumination optical device. 前記偏光設定手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第2位相部材をさらに有することを特徴とする請求項16または17に記載の照明光学装置。 18. The polarization setting means further comprises a second phase member for changing incident elliptically polarized light into linearly polarized light having a polarization plane in a predetermined direction. Illumination optical device. 複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項9乃至18のいずれか1項に記載の照明光学装置。 19. The apparatus according to claim 9, further comprising an area changing unit that changes the positions and sizes of the plurality of peripheral areas independently of the central area. Illumination optical device. 前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域ヘそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段へ入射させるための光束変換素子を有することを特徴とする請求項19に記載の照明光学装置。 The illumination pupil forming unit includes a light beam conversion element for converting an incident light beam into a central light beam directed to the central region and a plurality of peripheral light beams directed to the plurality of peripheral regions and to enter the region changing unit. The illumination optical apparatus according to claim 19. 被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第2領域を通過する光束の偏光状態を、前記第1領域を通過する光束の偏光状態とは独立に変更するための偏光状態変更手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region and a light intensity distribution located in the second region on or near the pupil plane of the illumination optical device;
An illumination optical apparatus, comprising: polarization state changing means for changing a polarization state of the light beam passing through the second region independently of a polarization state of the light beam passing through the first region.
前記第1領域は、光軸を含む中心領域を有し、
前記第2領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有することを特徴とする請求項21に記載の照明光学装置。
The first region has a central region including an optical axis,
The illumination optical apparatus according to claim 21, wherein the second region has a peripheral region spaced from the optical axis.
前記偏光状態変更手段は、前記第1領域を通過する光束の状態を非偏光状態と直線偏光状態との間で変更することを特徴とする請求項21または22に記載の照明光学装置。 23. The illumination optical apparatus according to claim 21, wherein the polarization state changing unit changes a state of a light beam passing through the first region between a non-polarized state and a linearly polarized state. 前記偏光状態変更手段は、前記第2領域を通過する光束の状態を互いに異なる方向に偏光面を有する2つの直線偏光状態の間で変更することを特徴とする請求項21乃至23のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The polarization state changing means changes the state of the light beam passing through the second region between two linear polarization states having polarization planes in different directions. The illumination optical device according to Item. 前記偏光状態変更手段は、前記第1領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有することを特徴とする請求項21乃至24のいずれか1項に記載の照明光学装置。 25. The depolarization element according to claim 21, wherein the polarization state changing unit includes a depolarizing element for depolarizing a linearly polarized light beam toward the first region as necessary. Illumination optical device. 前記偏光解消素子は、光路に対して挿脱可能に構成されていることを特徴とする請求項25に記載の照明光学装置。 26. The illumination optical apparatus according to claim 25, wherein the depolarizing element is configured to be detachable with respect to an optical path. 前記偏光状態変更手段は、前記第2領域ヘ向かう直線偏光の光束の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を有することを特徴とする請求項21乃至26のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The polarization state changing unit includes a phase member for changing a polarization plane of a linearly polarized light beam directed to the second region as necessary. 27. Illumination optical device. 前記偏光状態変更手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第2位相部材をさらに有することを特徴とする請求項25乃至27のいずれか1項に記載の照明光学装置。 28. The second phase member according to claim 25, further comprising a second phase member for changing the incident elliptically polarized light into linearly polarized light having a polarization plane in a predetermined direction. The illumination optical device according to any one of the above. 複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項22乃至28のいずれか1項に記載の照明光学装置。 29. The apparatus according to any one of claims 22 to 28, further comprising region changing means for changing the positions and sizes of the plurality of peripheral regions independently of the central region. Illumination optical device. 前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域へそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段に入射させるための光束変換素子を有することを特徴とする請求項29に記載の照明光学装置。 The illumination pupil forming unit includes a light beam conversion element for converting an incident light beam into a central light beam directed to the central region and a plurality of peripheral light beams directed to the plurality of peripheral regions and to be incident on the region changing unit. 30. The illumination optical apparatus according to claim 29. 被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、光軸をほぼ中心とする輪帯状の領域に位置する光強度分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、
前記輪帯状の領域は、前記光軸をほぼ中心とする円の周方向に沿って複数の領域を有し、
前記輪帯状の領域の前記複数の領域をそれぞれ通過する複数の光束の偏光状態を、前記複数の領域の各々のほぼ中心において前記円にほぼ接する方向に沿った偏光面を有する直線偏光状態に設定する偏光設定手段をさらに備えていることを特徴とする照明光学装置。
In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface,
Illumination pupil forming means for forming a light intensity distribution located in a ring-shaped region having the optical axis substantially in the center on or near the pupil plane of the illumination optical device,
The ring-shaped region has a plurality of regions along a circumferential direction of a circle substantially centered on the optical axis,
The polarization state of a plurality of light fluxes passing through each of the plurality of regions of the annular zone is set to a linear polarization state having a polarization plane along a direction substantially in contact with the circle at substantially the center of each of the plurality of regions. An illumination optical apparatus, further comprising polarization setting means for performing
前記偏光設定手段は、前記複数の領域に対応するように配置された複数の位相部材を有し、各位相部材は入射する直線偏光の光の偏光面を必要に応じて変化させることを特徴とする請求項31に記載の照明光学装置。 The polarization setting means has a plurality of phase members arranged so as to correspond to the plurality of regions, and each phase member changes a polarization plane of incident linearly polarized light as required. The illumination optical apparatus according to claim 31. マスクを照明するための請求項1乃至32のいずれか1項に記載の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。 33. An exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 32 for illuminating a mask, and exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate. 前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることを特徴とする請求項33に記載の露光装置。
A projection optical system for forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate;
34. The exposure apparatus according to claim 33, wherein a pupil plane of the illumination optical apparatus is positioned substantially conjugate with a pupil position of the projection optical system.
請求項1乃至32のいずれか1項に記載の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、
前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
An illumination step of illuminating the mask using the illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 32;
And an exposure step of exposing the pattern of the mask onto a photosensitive substrate.
前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることを特徴とする請求項35に記載の露光方法。
The exposure step includes a projection step of forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate using a projection optical system,
36. The exposure method according to claim 35, wherein a pupil plane of the illumination optical apparatus is positioned substantially conjugate with a pupil position of the projection optical system.
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